Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu phương pháp điều khiển máy điện đồng bộ ảo ứng dụng trong lưới điện siêu nhỏ (Microgrid)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

TRẦN TẤN THIỆN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ẢO ỨNG DỤNG TRONG LƯỚI

ĐIỆN SIÊU NHỎ (MICROGRID)

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2023

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS TRƯƠNG HOÀNG KHOA (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS TRẦN QUỐC HOÀN (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 15 tháng 07 năm 2023

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: - Chủ tịch: PGS TS NGUYỄN VĂN NHỜ - Thư ký: TS TRƯƠNG PHƯỚC HÒA - Phản biện 1: TS TRƯƠNG HOÀNG KHOA - Phản biện 2: TS TRẦN QUỐC HOÀN - Ủy viên: TS TRẦN HUỲNH NGỌC

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN TẤN THIỆN MSHV: 2170145

Ngày, tháng, năm sinh: 12/06/1996 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Mã số: 8520201

Nội dung:

Hiểu cách thức xây dựng hệ thống điều khiển các mô hình máy điện đồng bộ ảo đã được công bố Tìm hiểu các kiến thức liên quan cho giải thuật điều khiển công bố trong Luận văn về bộ điều khiển mờ và thiết kế bộ lọc LLCL ứng dụng vào mô hình máy điện đồng bộ ảo Synchronverter Lựa chọn các thông số cho hệ thống và thực hiện các mô phỏng Đồng thời so sánh đánh giá đáp ứng của hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ (Synchronverter) – bộ lọc LLCL áp dụng giải thuật đề xuất so với phương pháp truyền thống đã được công bố Bàn luận các kết quả mô phỏng từ đó rút ra hạn chế cần khắc phục và hướng nghiên cứu trong tương lai

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/06/2023 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS PHAN QUỐC DŨNG

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.TS Phan Quốc Dũng, Thầy đã luôn hỗ trợ và hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập Cao học và nghiên cứu tại trường Đại học Bách Khoa TP HCM Thầy đã dành thời gian định hướng ý tưởng, giúp em khắc phục những khó khăn trong thời gian tìm hiểu và nghiên cứu thực hiện Luận văn này Và em rất vinh dự khi trở thành học viên Cao học tốt nghiệp dưới sự hướng dẫn của Thầy ạ

Ngoài ra xin cảm ơn bạn Nguyễn Thái An, đồng nghiệp trong thời gian công tác tại CĐKT Cao Thắng, đã luôn hỗ trợ tôi trong quá trình học tập Cao học về mặt tài chính, phương pháp nghiên cứu và đưa tôi đến những ý tưởng đầu tiên để thực hiện Luận văn

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Sự nóng lên toàn cầu đã là một vấn đề lớn ảnh hưởng đến tất cả các khía cạnh của cuộc sống Nguyên nhân của sự nóng lên toàn cầu đến từ việc phát thải khí nhà kính mà một phần là từ việc sản xuất điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch Do đó, việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo để phát điện đã tăng mạnh trong những năm gần đây, đặc biệt là ở Việt Nam Tuy nhiên, do phụ thuộc lớn vào điều kiện thời tiết và tính không quán tính của “Nguồn năng lượng tái tạo giao tiếp qua bộ biến tần – NBT”, đã đặt ra bài toán lớn về việc tích hợp các NBT với hệ thống điện Một trong những giải pháp đã được nghiên cứu trong những năm gần đây là điều khiển NBT để mô phỏng các đặc tính của máy phát đồng bộ với tên gọi “Máy phát đồng bộ ảo” Máy điện đồng bộ ảo đã được chứng minh là một giải pháp hứa hẹn và khả thi cho việc phát điện trong tương lai với hệ thống điện ít quán tính hơn mà NBT đóng vai trò chính, do được thừa hưởng các đặc tính từ máy điện đồng bộ Một số vấn đề đặt ra khi tích hợp các NBT theo phương pháp điều khiển máy điện đồng bộ ảo vào hệ thống điện hiện hữu/Microgrid bao gồm đáp ứng của NBT trong các điều kiện tách và nối lưới khẩn cấp, đáp ứng trước các nhiễu từ hệ thống gây thay đổi đột ngột tần số/công suất, và vấn đề về sóng hài do bản chất các nguồn này giao tiếp thông qua bộ biến tần Do được điều khiển bằng cách mô phỏng đặc tính của máy điện đồng bộ, các thông số của Máy điện đồng bộ ảo cần được lựa chọn thích hợp để mang lại đáp ứng tốt trong các tình huống vận hành khác nhau Và việc thiết kế ứng dụng bộ lọc để đạt các chỉ tiêu sóng hài và vẫn đảm bảo tính ổn định của Máy điện đồng bộ ảo luôn cần được xem xét Do đó, thông qua tham khảo các công trình nghiên cứu trước đây, Luận văn sẽ trình bày một giải thuật điều khiển Máy điện đồng bộ ảo theo mô hình “Synchronverter” trong đó ứng dụng bộ điều khiển Logic Mờ (FLC) nhằm tính toán các thông điều khiển kết hợp ứng dụng lần đầu bộ lọc LLCL cho mô hình Máy điện đồng bộ ảo – Synchronverter Đồng thời các kết quả mô phỏng trong MALAB/Simulink sau đó sẽ xác nhận tính khả thi của hệ thông máy điện đồng bộ ảo – Synchronverter kết hợp bộ lọc LLCL với giải thuật điều khiển được đề xuất trong Luận văn

Từ khóa—synchronverter, virtual synchronous generator, LLCL filter, fuzzy

logic controller, virtual inertia, renewable energy resources

ABSTRACT

Global warming has been a major problem affecting all aspects of human life and the environment The root cause of global warming came from the emission of greenhouse gas which is partly from electric generation using fossil fuel Therefore, the converting to renewable energy for electric generation has sharply increased in recent years, especially in Vietnam However due to the uncertainty from primary source and inertia-less of converter-interfaced of renewable energy generation, have bring another problem when connecting RE sources to power system One of the solutions which has been studied in recent years is controlling converter interfaced RES to emulate the characteristics of synchronous generator under the name of Virtual Synchronous Generator The Virtual Synchronous Generator, especially the Synchronverter model, has been shown to be a promised and feasible solution for future electrical generation in a low inertia system where RESs play the major role As it is originally a power converter, filter design for Synchronverter must be considered properly Also, by emulating characteristics of SG, the “virtual” inertia and droop parameters must be chosen properly to provide a good response under different operating scenarios of the Synchronverter This thesis will merge these two requirements by providing the application of LLCL filter and adaptive Fuzzy Logic Controller in the Synchronverter The simulation results in MALAB/Simulink will then certify the feasibility of the proposed control method for the LLCL based Synchronverter system

Keywords—Synchronverter, virtual synchronous generator, LLCL filter, fuzzy

logic controller, virtual inertia, renewable energy resources

LỜI CAM ĐOAN

đồng bộ ảo ứng dụng trong lưới điện siêu nhỏ (Microgrid)” là một công trình nghiên cứu độc lập dưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Phan Quốc Dũng Ngoài ra không có bất cứ sự sao chép của người khác Đề tài, nội dung báo cáo là sản phẩm mà em đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình học tập tại trường cũng như trong quá trình nghiên cứu học tập tại cơ quan Các số liệu, kết quả trình bày trong Luận văn là hoàn toàn trung thực, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, kỷ luật của Khoa và Nhà trường đề ra nếu như có vấn đề xảy ra

Học viên

Trần Tấn Thiện

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1Cơ sở và động lực nghiên cứu 1

1.2Mục tiêu của Luận văn và định hướng trình bày 2

1.3Sơ lược về Luận văn 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU 5

2.1Tổng quan 5

2.2Các công trình nghiên cứu về máy điện đồng bộ ảo 6

2.3Phân tích quan trọng – Định hướng nghiên cứu 10

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THÔNG SỐ THIẾT KẾ CỦA HỆ THỐNG BỘ NGHỊCH LƯU ĐỒNG BỘ - BỘ LỌC LLCL VỚI GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI FLC ĐƯỢC ĐỀ XUẤT 12

3.1Cơ sở lý thuyết 12

3.1.1Máy điện đồng bộ ảo theo mô hình Bộ nghịch lưu đồng bộ 12

3.1.2Bộ lọc LLCL 15

3.1.3Bộ điều khiển logic mờ - FLC 18

3.2Giải thuật điều khiển đề xuất trong Luận văn 19

3.2.1Các tham số và thành phần của mô hình đề xuất 19

3.2.2Điều khiển đáp ứng giá trị quán tính ảo và độ dốc áp dụng FLC 22

3.2.3Các tham số thiết kế bộ lọc LLCL và so sánh với bộ lọc LCL cho

4.2MÔ PHỎNG TRONG VẬN HÀNH NỐI LƯỚI 41

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TƯƠNG LAI 47

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sự chuyển đổi cấu trúc lưới điện từ dạng xuyên suốt sang dạng lưới (mesh)

do nguồn phát điện phân tán 2

Hình 3.1 Sơ đồ khối điều khiển của Bộ nghịch lưu đồng bộ (Synchronverter) 13

Hình 3.2 Bộ điều khiển Logic mờ tổng quát 18

Hình 3.3a Mô hình minh họa hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL 20

Hình 3.3b Mô hình mô phỏng MATLAB/Simulink 21

Hình 3.4 Hệ thống mờ được đề xuất 24

Hình 3.5 FLC đề xuất với các hàm thành viên của đầu vào, đầu ra và luật hợp thành 27

Hình 3.6 Biểu đồ Bode của bộ lọc LLCL và LCL được thiết kế 29

Hình 3.7 Sơ đồ khối điều khiển của hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL với giải thuật điều khiển đề xuất 30

Hình 3.8 Bộ điều khiển logic mờ của mô hình đề xuất 31

Hình 3.10 Sơ đồ khối của bộ tạo điện áp điều khiển, bộ tạo PWM và bộ biến tần 32

Hình 3.11 Hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL được đề xuất 33

Hình 4.1 Đáp ứng tần số, công suất tác dụng và các tham số điều khiển Độ dốc-Quán tính ảo của hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL với giải thuật điều khiển đề xuất khi vận hành tách lưới 37

Hình 4.2 Các giá trị THD của dòng điện và điện áp đầu ra của hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL và LCL với giải thuật điều khiển đề xuất trong chế độ tách lưới 41

Hình 4.3 Đáp ứng tần số, công suất tác dụng và thông số điều khiển (Droop-Inertia) của hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL với giải thuật điều khiển đề xuất khi vận hành hòa lưới 43

Hình 4.4 Các giá trị THD của dòng điện và điện áp đầu ra của hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - lọc LLCL và LCL với giải thuật đề xuất trong chế độ nối lưới 45

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 So sánh các phương pháp điều khiển thích ứng cho máy điện đồng bộ 11Bảng 3.1 Các thông số của Bộ nghịch lưu đồng bộ truyền thống 22Bảng 3.2 Thông số bộ lọc 29Bảng 4.1 Các thông số mô phỏng khi vận hành ở chế độ tách lưới 35

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Cơ sở và động lực nghiên cứu

Vấn đề nóng lên toàn cầu do phát thải khí nhà kính đang là bài toán tuy có lời giải nhưng việc thực hiện vô cùng khó khăn Tuy nhiên, việc chuyển đổi việc sản xuất điện năng từ nhiên liệu hóa thạch sang NLTT hiện đang là cách giải quyết nhanh chóng và mạnh mẽ nhất Ở Việt Nam, cơ cấu nguồn NLTT chiếm tỷ trọng khoảng 11.2% [61] trong tổng cơ cấu nguồn hệ thống, chưa xét đến các nguồn NLTT đã đầu tư xây dựng nhưng chưa vận hành thương mại [1] Có thể thấy việc chuyển dần sang NLTT ở Việt Nam cũng như nhiều quốc gia có thể giúp hạn chế tác động của biến đổi khí hậu trong tương lai tuy nhiên lại đặt ra một thách thức rất lớn trong vận hành hệ thống chính là việc giảm quán tính đáng kể có thể dẫn đến mất ổn định Sa thải phụ tải nhiều hơn với lượng công suất lớn hơn để đảm bảo an toàn hệ thống

Vấn đề tương tự cũng đặt ra trong vận hành Microgrid (MG) Microgrid với bản chất là một hệ thống điện thu nhỏ với cơ cấu nguồn phân tán được đặt rất gần đến tâm phụ tải Các nguồn phân tán trong MG chủ yếu đến từ các nguồn năng lượng tái tạo giao tiếp qua biến tần như nguồn quang điện (PV power), hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS) và máy phát Diesel Với ưu điểm tận dụng nguồn phân tán, việc cung cấp xây dựng hệ thống truyền tải và quản lý tổn thất, năng lượng bên trong MG sẽ hiệu quả hơn rất nhiều so với lưới điện truyền thống [55,56] Mặt khác với hai chế độ vận hành, một là vận hành nối lưới (Grid connected mode) hệ thống điện lớn MG sẽ được cung cấp và đảm bảo tính ổn định cao về mặt nguồn công suất đến từ lưới, lúc này các NBT sẽ hoạt động trong chế độ bám lưới và phát tối đa công suất Chế độ thứ hai là tách lưới vận hành độc lập (Island mode), lúc này cần có các nguồn nhất định đóng vai trò tạo lưới như nguồn Diesel hoặc BESS do các nguồn này có tính chủ động về năng lượng sơ cấp cao hơn nhiều so với các NBT còn lại vốn mang tính bất định cao do phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện thời tiết [55,56,58] Đồng thời khi vận hành ở chế độ tách lưới, MG nhạy cảm hơn với các sự kiện làm thay đổi tần số đột ngột như: sự cố mất nguồn lớn, tăng tải lớn nằm ngoài dự báo hoặc sự cố ngắn mạch,

… Nguyên nhân do tách lưới cộng với các NBT có mức quán tính rất thấp hoặc gần như bằng không dẫn đến mức quán tính của MG lúc này giảm rất thấp

Với vấn đề đặt ra về tính ổn định của hệ thống điện nói chung và MG nói riêng khi tích hợp cao các NBT làm suy giảm mức quán tính chung, việc cần thiết phải có giải pháp điều khiển các NBT tham gia vào việc nâng mức quán tính chung đồng thời có đáp ứng hỗ trợ hoặc tăng cường tính ổn định Trong các hướng nghiên cứu đã đang được tiến hành, việc “chuyển” các đặc tính của máy điện đồng bộ vào các NBT thông qua phương pháp điều khiển chung gọi là “máy điện đồng bộ ảo” đang là một hướng nghiên cứu, ứng dụng đầy tiềm năng Đây chính là điều thúc đẩy hướng nghiên cứu của Luận văn

Hình 1.1 Sự chuyển đổi cấu trúc lưới điện từ dạng xuyên suốt sang dạng lưới (mesh) do nguồn phát điện phân tán

1.2 Mục tiêu của Luận văn và định hướng trình bày

Luận văn bao gồm các mục tiêu chính như sau:

Phụ tải

Lưới phân phối

Lưới truyền tải Nhà máy điện lớn

• Nghiên cứu các mô hình máy điện đồng bộ ảo cùng với các phương pháp điều khiển và ứng dụng trong hệ thống điện, và trong Microgrid

• Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển mờ (FLC) kết hợp bộ lọc LLCL vào máy điện đồng bộ ảo dựa trên mô hình Synchronverter nhằm đạt được cải tiến về đáp ứng so với công trình đã công bố

• Thực hiện các mô phỏng và phân tích đánh giá kết quả nhằm kiểm chứng hệ thống đề xuất

Định hướng:

• Hiểu cách thức xây dựng hệ thống điều khiển NBT mô phỏng các đặc tính của máy điện đồng bộ trong các mô hình máy điện đồng bộ ảo (VSG và Synchronverter) đã được công bố

• Tìm hiểu các kiến thức liên quan cho giải thuật điều khiển công bố trong Luận văn về bộ điều khiển mờ và thiết kế bộ lọc LLCL ứng dụng vào mô hình máy điện đồng bộ ảo – Synchronverter

• Lựa chọn các thông số cho hệ thống và thực hiện các mô phỏng từ đó hiệu chỉnh lại các thông số điều khiển Đồng thời so sánh đánh giá đáp ứng của hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ – bộ lọc LLCL áp dụng giải thuật đề xuất so với phương pháp truyền thống đã được công bố

• Bàn luận các kết quả mô phỏng từ đó rút ra hạn chế cần khắc phục và hướng nghiên cứu trong tương lai

1.3 Sơ lược về Luận văn

Phần Tổng quan trình bày về các vấn đề khi tích hợp các nguồn phân tán giao tiếp qua biến tần (trong Microgrid) hoặc các nguồn năng lượng tái tạo tỷ trọng cao vào hệ thống điện từ đó dẫn đến định hướng nghiên cứu về mô hình máy điện đồng bộ ảo trong Luận văn Ngoài ra các mục tiếu chính và định hướng thực hiện của Luận văn cũng được trình bày

Chương 2 sẽ tập trung vào tìm hiểu các mô hình, hệ thống điều khiển và ứng dụng liên quan của máy điện đồng bộ ảo đã được công bố Cuối Chương 2 sẽ trình bày nhận xét về các điểm/nội dung mà các công trình nghiên cứu chưa đề cập từ đó trình bày ý tưởng xây dựng giải thuật điều khiển cho hệ thống máy điện đồng bộ ảo theo mô hình Bộ nghịch lưu đồng bộ – Synchronverter kết hợp bộ lọc LLCL đề xuất trong Luận văn

Với định hướng về giải thuật điều khiển sẽ được đề xuất nghiên cứu trong Luận văn, Chương 3 sẽ trình bày các khái niệm và cách triển khai bộ điều khiển mờ cùng với quy trình thiết kế và ưu điểm của bộ lọc LLCL Sau đó sẽ tiến hành thiết kế các thông số liên quan cho giải thuật đề xuất điều khiển hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL

Tiếp đến các kịch bản mô phỏng nhằm khảo sát đánh giá đáp ứng của mô hình máy điện đồng bộ ảo được đề xuất sẽ được trình bày trong Chương 4 Ngoài ra thông qua các kết quả mô phỏng, các hạn chế cần cải thiện của giải thuật đề xuất cho hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL sẽ được trình bày

Cuối cùng Chương 5 sẽ đưa các nhận xét tổng kết nội dung đã thực hiện của Luận văn, các hạn chế cần khắc phục và định hướng nghiên cứu trong tương lai

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU

2.1 Tổng quan

Chuyển đổi sang năng lượng tái tạo là cách giảm lượng khí thải nhà kính sinh ra trong phát điện đã và đang được nhiều quốc gia áp dụng Việt Nam là một trong những quốc gia hàng đầu phát triển và tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào hệ thống điện, lên tới 11,2% tổng công suất phát [1,63] Sự tích hợp này sẽ mang lại kết quả tích cực nhằm giảm bớt sự nóng lên toàn cầu Tuy nhiên, sự bất định và phụ thuộc lớn vào điều kiện thời tiết của nguồn phát NLTT khiến việc chủ động điều khiển nguồn điện phát hoặc dự trữ từ các NBT trở nên khó khăn Hơn nữa, tổng quán tính của hệ thống điện sẽ giảm đáng kể do các RES giao tiếp với lưới điện thông qua BBT, đặc biệt là hệ thống nguồn PV [56,54] Nếu tỷ trọng NBT trong tổng cơ cấu nguồn quá lớn đến một mức độ nhất định, hệ thống điện có thể mất đồng bộ và dẫn đến mất điện hệ thống trong các trường hợp dự phòng do dự trữ quán tính của hệ thống thấp Như đã đề cập, các NBT có tỷ trọng phát điện cao trong lưới điện Việt Nam, với điều kiện thời tiết khắc nghiệt trong những tháng gần đây khi các nguồn phát điện truyền thống như thủy điện ngừng hoạt động do hạn hán kéo dài, hệ thống điện Việt Nam gặp phải tình trạng nguy hiểm với quán tính thấp và phải tiến hành sa thải phụ tải ở phía Bắc để tránh mất điện Để ngăn ngừa những trường hợp tương tự như trên, rất nhiều nỗ lực đã được nghiên cứu và tiến hành để sử dụng các NBT hỗ trợ lưới điện trong các điều kiện vận hành bình thường và/hoặc cực đoan, các phương hướng này có thể được liệt kê gồm: điều khiển lái qua sự cố điện áp thấp – LVRT [2,3], mô phỏng quán tính ảo [4], và phương hướng nghiên cứu đang được quan tâm chính là điều khiển tạo lưới của các NBT mô phỏng đặc tính SG được gọi là Máy đồng bộ ảo [5-9]

Điều khiển lái qua sự cố điện áp thấp – LVRT [2,3] giúp ngăn chặn việc cắt các NBT trong trường hợp bất thường của lưới điện chính, đặc biệt là trong kịch bản điện áp thấp Các tác giả trong [2] đã nghiên cứu rộng rãi các chiến lược điều khiển và các quy định để nguồn năng lượng gió có thể hỗ trợ lưới điện dưới sự tích hợp cao của

loại RES này Một cách tiếp cận khác trong chức năng hỗ trợ lưới điện của RES là điều khiển quán tính ảo [4] thông qua điều chỉnh đáp ứng về công suất phát với tốc độ thay đổi tần số hệ thống Tuy nhiên, chiến lược điều khiển này yêu cầu một hệ thống lưu trữ năng lượng để duy trì khả năng đáp ứng hoặc mô phỏng quán tính Một cách tiếp cận khác đang được nghiên cứu và ứng dụng trong việc điều khiển NBT kết lưới là điều khiển chuyển tiếp liền mạch (seamless transition control) [10-12] Phương pháp điều khiển này, các BBT điện chuyển đổi trơn tru giữa các điều kiện vận hành nối lưới và độc lập trong khi vẫn giữ ổn định của các đại lượng ngõ ra như công suất, tần số và dòng điện và điện áp Tuy nhiên, cách tiếp cận điều khiển chuyển tiếp liền mạch của các NBT được đề xuất trong [10-12] vẫn chưa đề cập hoặc cải thiện đáp ứng quá độ của các tham số đầu ra Ví dụ, các đáp ứng vẫn mất một khoảng thời gian dài để đạt đến trạng thái ổn định và dao động với biên độ lớn Mặt khác, xu hướng tích hợp cao của các NBT đã làm suy giảm đáng kể quán tính tổng của hệ thống so với hệ thống truyền thống với nguồn là các máy phát đồng bộ [53-54] Hệ thống có quán tính thấp rất dễ bị dao động với các nhiễu lớn và có thể dẫn đến rã toàn bộ hoặc một phần hệ thống Do đó, một lĩnh vực nghiên cứu điều khiển tạo lưới (Grid Forming Control) mới với phương pháp điều khiển mô phỏng đặc tính của máy điện đông bộ cho các NBT đã đang được tiến hành, chính là máy điện đồng bộ ảo

2.2 Các công trình nghiên cứu về máy điện đồng bộ ảo

Một số lượng lớn các cách tiếp cận để mô phỏng các đặc tính của SG đã được đề xuất, nghiên cứu và phát triển Mặc dù sử dụng một khái niệm cơ bản giống hệt nhau, nhưng sẽ khác nhau về thuật ngữ, ứng dụng đặc trưng và giải thuật điều khiển [5-9] Đầu tiên, cách tiếp cận dựa trên mô hình toán học đầy đủ của máy phát đồng bộ (SG) để mô hình hóa các hành vi chính xác về động lực học của SG được công bố trong [13] Tiếp đến, một hướng tiếp cận khác cố gắng đề xuất một mô hình động ít cồng kềnh hơn để ước tính hành vi của các máy phát đồng bộ bằng cách chỉ xét đến phương trình dao động (swing equation), và/hoặc dựa trên đáp ứng công suất-tần số nhằm tập trung vào các đặc tính của bộ điều tốc hay đáp ứng theo độ lệch tần số (Governor response) của các máy phát đồng bộ [18] Mỗi kỹ thuật, tùy thuộc vào mục đích thiết kế và mức độ phức tạp, đều có ưu và nhược điểm riêng Một số công trình

nghiên cứu cho mỗi cách tiếp cận sẽ được xem xét và so sánh chi tiết hơn bằng cách đánh giá các tính năng và nhược điểm

Về cách tiếp cận dựa trên mô hình đầy đủ của máy phát điện đồng bộ, Máy đồng bộ ảo hay VISMA [13] có thể được coi là cách tiếp cận dựa trên điện tử công suất đầu tiên để điều khiển các máy phát điện NLTT mô phỏng máy điện đồng bộ VISMA ứng dụng cho hệ thống điện phân tán hoặc Microgrid, được đề xuất bới tác giả Beck và Hesse vào năm 2007, dựa trên hệ tọa độ đồng bộ dq để suy ra mô hình toán học của máy phát đồng bộ [13] Dòng điện stato của mô hình VISMA được tính toán trong hệ dq và được điều chỉnh sử dụng bộ điều khiển dòng trễ (hysteresis current control) Tuy nhiên, sự không ổn định do phân kỳ toán học trong phương pháp số Euler và hạn chế về bộ xử lý số do tính phức tạp khi áp dụng phương trình bậc cao của SG chính là hạn chế của hướng tiếp cận này

Trong khi đó, điều khiển máy điện đồng bộ ảo theo mô hình

“Synchronverter”, sau đây gọi là “Bộ nghịch lưu đồng bộ” đã được công bố tại

[11],[19],[20-23],[28-29],[38-39],[42-44],[48] là một trong những thuật ngữ phổ biến mới nhất đại diện cho khái niệm máy điện đồng bộ ảo Điều khiển máy điện đồng bộ ảo theo mô hình “Bộ nghịch lưu đồng bộ” giúp các nguồn phân tán hoặc nguồn NLTT giao tiếp thông qua biến tần mô phỏng tương đối chính xác các tính chất của máy điện đồng bộ và hiện đang được nghiên cứu phát triển sâu rộng, điển hình là các công bố trong [62,63] Các thành phần điện và cơ học trong SG đều được xét đến trong việc thành lập phương trình toán học mô tả hệ thống điều khiển cho Bộ nghịch lưu đồng bộ Cụ thể, các phương trình liên kết từ thông stato và từ trường roto, phương trình mô men quán tính được dùng để xác định phương trình suất phản điện động (emf) và phương trình động học Tuy nhiên, sự khác biệt thực chất trong máy điện đồng bộ, mô-men xoắn điện từ có được từ năng lượng được lưu trữ trong từ trường và góc roto Đồng thời công suất tác dụng và công suất phản kháng được điều chỉnh bằng vòng điều khiển độ dốc (droop control) tần số-công suất tác dụng Mặt khác, các nghiên cứu về mô hình Bộ nghịch lưu đồng bộ bao gồm nhưng không giới hạn bởi các hướng nghiên cứu chính được mô tả ngắn gọn như sau: Đầu tiên, giới thiệu về chiến lược điều khiển dựa trên mô hình Bộ nghịch lưu đồng bộ cho các NBT ứng

dụng cho hệ thống điện và lưới điện siêu nhỏ đã được đề xuất trong [19]; sau đó, các nghiên nhằm cải thiện đáp ứng động trong điều kiện sự cố ngắn mạch xảy ra được trình bày chi tiết trong [20,23] và cải thiện đáp ứng quá độ trong điều kiện lưới yếu (Microgrid hoặc lưới phân phối) thông qua các khâu hiệu chỉnh đệm dao động chủ động đã được công bố trong [21,22] Thứ hai, các phương pháp thiết kế lựa chọn tham số và điều chỉnh cho bộ điều khiển của hệ thống máy điện đồng bộ ảo Bộ nghịch lưu đồng bộ đã được đề xuất trong [28,29] dựa trên phân tích giải tích mô hình toán học Hơn nữa, bằng việc phân tích mô hình tín hiệu nhỏ, nhóm tác giả trong [38] đã trình bày mối quan hệ của các thông số điều khiển cũng như thông số lưới đến đáp ứng của Bộ nghịch lưu đồng bộ, đặc biệt trong điều kiện lưới yếu như Microgrid có thể ảnh hưởng đến vận hành ổn định của hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ – bộ lọc LCL Việc vận hành song song nhiều Bộ nghịch lưu đồng bộ hoặc giữa Bộ nghịch lưu đồng bộ với các nguồn phân tán truyền thống như máy phát Diesel hiện là một hướng nghiên cứu thịnh hành trong hiện trạng phát triển Microgrid hiện nay [39] Các tác giả trong [39] nêu ra sự mất ổn định khi tích hợp hai hay nhiều Bộ nghịch lưu đồng bộ vận hành song song thông qua phân tích mô hình tín hiệu nhỏ đồng thời đưa ra giải pháp bằng cách hiệu chỉnh giá trị điện kháng ảo trong khâu điều khiển Hướng điều khiển đáp ứng cũng đang được chú trọng, các tác giả trong [48] đã đề xuất các chiến lược điều khiển thích nghi áp dụng hệ thống điều khiển mờ nhằm xác định thông số thích nghi độ dốc ứng với từng điều kiện của Microgrid mà Bộ nghịch lưu đồng bộ kết nối Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, việc thiết kế bộ lọc và sự ảnh hưởng của bộ lọc vào hoạt động ổn định của Bộ nghịch lưu đồng bộ cũng đã được nghiên cứu chuyên sâu và trình bày trong [42-44], nhưng hiện vẫn chỉ giới hạn với bộ lọc LCL

Hướng nghiên cứu áp dụng chính thứ hai về việc mô phỏng các đặc tính máy điện đồng bộ cho các NBT chính là máy phát đồng bộ ảo “Virtual Synchronous Generator – VSG”, được công bố trong rất nhiều công trình nghiên cứu như [14-17,24-27,30-37,40-41,45-47] Chủ đề nghiên cứu chính này chủ yếu liên quan đến phương trình dao động của máy điện đồng bộ vốn được giới thiệu các rất nhiều tài liệu về nghiên cứu ổn định như [59,60] và được trình bày như sau:

với J là hằng số quán tính của roto, D là hệ số đệm dao động đặc trưng cho các cuộn đệm dao động ở roto máy điện đồng bộ (SG), ω tốc độ quay của roto máy phát, ωg tốc độ góc của tần số nguồn điện tại stato SG

Các chủ đề nghiên cứu cho mô hình VSG khá giống với của Bộ nghịch lưu đồng bộ bao gồm các hướng chính như sau: chiến lược điều khiển máy điện đồng bộ ảo

dựa trên mô hình VSG ứng dụng cho các NBT trong hệ thống điện lớn và Microgrid cùng với đánh giá với phương pháp điều khiển theo độ dốc (droop control) đã được nghiên cứu và công bố trong [14-17] Các nghiên cứu tiếp theo nhằm cải thiện đáp ứng qua độ của VSG thông qua các khâu đệm dao động được thêm vào bộ điều khiển sử dụng bộ vòng khóa pha (phase-lock-loop, PLL) được trình bày trong [16,24,25]

Nghiên cứu về thiết kế tham số và phương pháp điều chỉnh cho VSG đã được đề xuất trong [26-27,30-31] dựa trên phân tích giải tích và thông qua mô hình tín hiệu nhỏ-trị riêng như trong [32-34] Hơn nữa, bằng việc phân tích tín hiệu nhỏ, nhóm tác giả trong [17,35-37] đã trình bày chi tiết mối quan hệ giữa các tham số của VSG và của bộ điều khiển tích phân độ dốc (PI controller) trong vận hành ổn định toàn hệ thống, điều này cũng góp phần tạo công cụ xác định tham số cho hệ thống có VSG nhằm đảm vận hành ổn định Vận hành song song nhiều VSG và/hoặc với SG cũng là chủ đề nghiên cứu được đẩy mạnh trong những năm gần đây Các tác giả trong [17,45-47] đã đề xuất các chiến lược điều khiển thích nghi thông qua việc thay đổi các tham số điều khiển theo các phương trình cố định [45-46], thông qua việc thay đổi liên tục giá trị thấp hoặc cao của hằng số quán tính như trong [17], ứng dụng các giải thuật tìm kiếm tối ưu [15] hoặc bộ điều khiển mờ được giới thiệu trong [47] Mặt khác, bằng cách điều chỉnh và sửa đổi hàm truyền của hệ thống điều khiển thông qua phân tích toán học như trong [30-31], các đáp ứng quá độ của hệ thống các VSG vận hành song song đã được cải thiện rất nhiều Hơn nữa, các tác giả trong [57] đã đề xuất một nghiên cứu mở rộng về cách điều khiển NBT dạng PV mà không cần hệ thống lưu trữ năng lượng bổ sung, hệ thống được đề xuất này đã giúp giải quyết hoàn toàn vấn đề phải có một hệ thống tích trữ năng lượng nhằm điều khiển các NBT hỗ

trợ lưới khi xảy ra sự cố Đồng thời mô phỏng gần như các đặc tính của một nguồn phát điện truyền thống ở các mặt như dự trữ quay, đáp ứng quán tính và bộ điều tốc

2.3 Phân tích quan trọng – Định hướng nghiên cứu

Xuyên suốt phần trên, đã có rất nhiều nghiên cứu về đệm dao động thích ứng

cho mô hình máy điện đồng bộ ảo dạng VSG và dạng Bộ nghịch lưu đồng bộ

[17-18,45-46] Tuy nhiên, các nghiên cứu trong [17-18,46] chỉ tiếp cận phương pháp điều khiển đáp ứng với các giá trị tham số cố định Nghiên cứu trong [45] đưa ra cách thức tính toán trực tuyến của cả giá trị độ dốc và hệ số quán tính nhưng với quy tắc điều khiển cố định Mặt khác, các nghiên cứu trong [47-48] triển khai bộ điều khiển logic mờ (FLC) cùng với phương pháp tối ưu hóa để tính toán tham số điều khiển thích ứng nhưng chỉ tiếp cận theo hướng điều khiển một tham số, hệ số quán tính ảo hoặc hệ số độ dốc Đồng thời việc kết hợp các giải thuật tìm kiếm tối ưu vào hệ thống điều khiển được trình bày trong [47] đòi hỏi khá nhiều thời gian xử lý giải thuật và yêu cầu về vi xử lý

Ở một khịa cạnh khác, việc áp dụng phương pháp điều khiển máy điện đồng bộ ảo cho các NBT dựa theo Bộ nghịch lưu đồng bộ tương đối “dễ” hơn so với mô hình VSG bởi vì theo các phân tích mô hình tín hiệu nhỏ trong [17,37] cho thấy sự phụ thuộc lớn vào các thông số của bộ điều khiển, bộ lọc vào đáp ứng của các thông số đầu ra cũng như việc vận hành ổn định của hệ thống VSG Tuy nhiên về mảng điều khiển thích nghi, đặc biệt là ứng dụng của FLC nhằm xác định đồng thời giá trị hai thông số điều khiển là quán tính ảo và độ dốc cho các NBT sử dụng Bộ nghịch lưu đồng bộ hiện chưa được công bố Ngoài ra, bộ lọc LLCL có hiệu quả trong việc giảm sóng hài tốt hơn so với bộ lọc LCL vẫn chưa được nghiên cứu và ứng dụng cho Bộ nghịch lưu đồng bộ Thông qua tìm hiểu các công trình nghiên cứu nêu trên, Luận văn sẽ đề xuất giải thuật điều khiển ứng dụng bộ điều khiển mờ (FLC) nhằm tính toán thích nghi các giá trị của hệ số quán tính ảo và độ dốc cho máy điện đồng bộ ảo dựa

trên Bộ nghịch lưu đồng bộ sử dụng bộ lọc LLCL (gọi tắt là hệ thống Bộ nghịch lưu

đồng bộ - bộ lọc LLCL) trong các điều kiện vận hành khác nhau Bảng 2.1 đưa ra nhận xét sơ bộ các công trình nghiên cứu trước đây và của giải thuật điều khiển cho

hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL được đề xuất trong Luận văn về điều khiển thích ứng cho máy điện đồng bộ ảo.

Bảng 2.1 So sánh các phương pháp điều khiển thích ứng cho máy điện đồng bộ

Phương pháp

Đối tượng

điều khiển

Các tham số được dùng trong phương pháp điều

Độ lệch và tốc độ thay đổi tần số hệ thống

Thấp; Các giá trị của đối tượng điều khiển cố định

Điều khiển đáp ứng sử dụng thuật toán tối ưu PSO [18]

Mômen quán tính và độ dốc

Độ lệch góc điện áp

Cao; Mất ổn định trong một số tình huống vận hành Điều khiển đáp ứng với

quy luật điều khiển cố định [45-46]

Mômen quán tính và độ dốc

Độ lệch và tốc độ thay đổi tần số hệ thống

Thấp; Các giá trị của đối tượng điều khiển cố định dẫn đến đáp ứng đầu ra bị dao động

Ứng dụng logic mờ kết hợp phương pháp lai tạo GA[47]

Mômen quán tính

Độ lệch, tốc độ thay đổi tần số hệ thống và mức độ xâm nhập của nguồn tái tạo

Cao; Chỉ tiếp cận điều khiển một đại lượng

Hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL ứng dụng điều khiển thích nghi FLC được đề xuất trong Luận văn

Mômen quán tính và độ dốc

Độ lệch tần số và tốc độ thay đổi độ lệch tần số hệ thống

Thấp; Nhưng tiếp cận đồng thời hai thông số điều khiển là độ dốc và quán tính ảo

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THÔNG SỐ THIẾT KẾ CỦA HỆ THỐNG BỘ NGHỊCH LƯU ĐỒNG BỘ - BỘ LỌC LLCL VỚI GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI FLC

ĐƯỢC ĐỀ XUẤT

Chương này trình bày cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế tham số cho giải thuật điều khiển đề xuất với việc áp dụng bộ điều khiển mờ nhằm tính toán đáp ứng các giá trị của hệ số quán tính ảo và độ dốc cho hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL cho các kịch bản vận hành khác nhau của hệ thống Nội dung bao gồm giới thiệu về mô hình Bộ nghịch lưu đồng bộ điển hình, các ràng buộc và quy trình thiết kế bộ lọc LLCL, bộ điều khiển logic mờ và sau cùng là toàn bộ thông số thiết kế của giải thuật điều khiển đề xuất

3.1 Cơ sở lý thuyết

đó, quy trình thiết kế bộ lọc LLCL áp dụng trong mô hình đề xuất của Luận văn sẽ được trình bày Cuối cùng là ứng dụng của bộ điều khiển logic mờ để tính toán đáp ứng các tham số quán tính ảo và độ dốc

3.1.1 Máy điện đồng bộ ảo theo mô hình Bộ nghịch lưu đồng bộ

Mô hình đầu tiên của Bộ nghịch lưu đồng bộ được giới thiệu trong [19] với việc lấy phương trình dao động của máy phát đồng bộ là Vòng công suất tác dụng (APL) để điều khiển góc roto “ảo” cùng với bộ điều khiển Vòng công suất phản kháng (RPL) trong [22] để điều chỉnh biên độ điện áp đầu ra và/ hoặc việc phát công suất phản kháng của Bộ nghịch lưu đồng bộ trong điều kiện kết nối với lưới điện yếu Sau đó, hai vòng điều khiển công suất này sẽ giúp Bộ nghịch lưu đồng bộ mô phỏng lại các đặc tính của SG, đặc biệt là đáp ứng quán tính (inertia response) Hơn nữa, khả năng tự đồng bộ của máy điện đồng bộ (SG) sau đó sẽ được triển khai vào Bộ nghịch lưu đồng bộ theo phương pháp điều khiển được công bố trong [28] thông qua việc thay đổi chế độ hoạt động của các vòng điều khiển công suất (APL và RPL) kết hợp với bộ điều khiển PI và trở kháng ảo để mô phỏng đặc tính đồng bộ của SG Tuy nhiên,

những hạn chế trong việc không thể tùy ý điều chỉnh các thông số độ dốc và quán tính ảo trong các công trình nghiên cứu [19,28,45], các tác giả trong [21,22,29] đã đề xuất một thêm một khâu đệm dao động tích cực (Active Damping Loop, ADL) vào mô hình điều khiển của Bộ nghịch lưu đồng bộ nhằm cải thiện đáp ứng quá độ Tuy nhiên việc lựa chọn giá trị của hệ số đệm trong khâu này cần được chú ý do ảnh hưởng tính ổn định của Bộ nghịch lưu đồng bộ Mô hình chung của Bộ nghịch lưu đồng bộ được thể hiện trong Hình 3.1

Hình 3.1 Sơ đồ khối điều khiển của Bộ nghịch lưu đồng bộ (Synchronverter) [19]

điều khiển chính là APL kết hợp ADL và RPL được mô tả thông qua các phương

điều chỉnh công suất tác dụng và hệ số đệm của khâu đệm dao động tích cực; 𝜔𝑔 và 𝜔𝑔∗ lần lượt là tốc độ góc ngõ ra Bộ nghịch lưu đồng bộ và giá trị danh định; và 𝜓𝑓𝑓 từ thông roto ảo Chỉ số “f” kí hiệu cho các giá trị đã qua bộ lọc

(3) [19]

Từ phương trình (2), đáp ứng quá độ về công suất tác dụng cũng như về tần số ngõ ra Bộ nghịch lưu đồng bộ sẽ được cải thiện thông qua điều chỉnh các hệ số như Jg, Dp

độ nhưng ngược lại cũng là nguyên nhân gây mất ổn định hệ thống nếu lựa chọn hệ số đệm không đúng Dẫn đến giải thuật điều khiển đề xuất trong Luận văn sẽ không xét đến thông số này làm biến điều khiển đầu ra

Vòng điều khiển công suất phản kháng (Reactive Power Loop, RPL)

RPL được tạo ra để điều khiển điện áp và cung cấp khả năng phát công suất

minh rằng việc sử dụng RPL giúp khắc phục vấn đề mất ổn định điện áp khi công

là lưới yếu) Phương trình toán học của RPL được mô tả như sau: 𝐾𝑑𝜓𝑓

𝑑𝑡 = 𝑆1(𝑄𝑔∗ − 𝑄𝑡𝑓) + 𝑆2√2

3𝐷𝑞(𝑈𝑡∗− 𝑈𝑡𝑓) (4)

trong đó, Qg và Ut lần lượt là công suất phát phản kháng và điện áp đầu cực của

Bộ nghịch lưu đồng bộ; “*” là thể hiện giá trị cài đặt/tham chiếu Các hệ số độ

có thể được chọn theo như trong [19]

Trạng thái hoạt động được xác định bởi các khóa S1 và S2 được mô tả trong [28] Sau đó, chế độ trong đó S1 luôn BẬT (đóng) và S2 BẬT khi nối lưới và TẮT khi vận hành tách lưới sẽ được áp dụng trong Luận văn.

Phương trình toán học của Bộ nghịch lưu đồng bộ

trình của máy điện đồng bộ một cặp cực không có cuộn đệm ở roto [19] Có ba

nghịch lưu đồng bộ mô phỏng các đặc tính chính của SG được trình bày ở phương trình (5) đến (8):

lọc LCL Ngoài ra, với cuộn cảm bổ sung ở nhánh lọc tụ, cuộn lọc phía lưới của bộ lọc LLCL được giảm đáng kể, làm cho toàn bộ lọc nhỏ hơn so với LCL Đáp ứng tần số của bộ lọc LLCL cũng khá tương tự như LCL trong phạm vi một nửa tần số chuyển mạch dẫn đến đáp ứng của hệ thống dùng bộ lọc LLCL sẽ không khác nhiều so với dùng LCL Tuy nhiên, do sự cộng hưởng của bộ lọc LLCL, đáp ứng của các NBT trong số ít trường hợp có thể không tốt nhưng có thể được giải quyết thông qua phương pháp thụ động hoặc chủ động như với bộ lọc LCL [50] Các nội dung sau sẽ trình bày các ràng buộc và quy trình thiết kế bộ lọc LLCL sẽ được áp dụng trong Luận văn

Hàm truyền của Bộ nghịch lưu đồng bộ khi kết hợp bộ lọc LLCL và LCL

Các tác giả trong [49-51] đã nghiên cứu chi tiết đáp ứng của hệ thống khi sử dụng bộ lọc LLCL và LCL thông qua các hàm truyền của đầu vào và đầu ra như sau:

𝐺𝑢𝑖−𝑖𝐿1(𝑠) = 𝑖1(𝑠)𝑢𝑖(𝑠)|

10% độ tự cảm cơ bản để giảm yêu cầu về điện áp DC

2) Giá trị của cuộn cảm phía BBT được chọn bởi độ gợn cực đại của dòng điện đầu ra

3) Vì mục đích chính của bộ lọc LLCL là giữ cho tổng độ méo dạng sóng hài dòng điện theo yêu cầu nêu trong IEEE 519-2014 [52] Giới hạn dưới của điện cảm bộ lọc được xác định theo yêu cầu sóng hài dòng điện đưa vào lưới theo IEEE 519-2014 tại Bảng II

4) Giá trị của điện dung bộ lọc có thể lớn để làm suy giảm sóng hài tốt hơn nhưng ngược lại tiêu thụ nhiều công suất phản kháng hơn Do đó, giá trị này

5) Tần số cộng hưởng của bộ lọc phải nằm trong khoảng từ mười lần tần số hệ thống để tránh các sóng hài tần số thấp và một nửa tần số chuyển mạch để tránh các vấn đề về cộng hưởng

Quy trình thiết kế bộ lọc LLCL

Theo các yêu cầu trên để BBT hoạt động ổn định, quy trình thiết kế bộ lọc LLCL được đưa ra như sau [49-51]:

áp đầu ra của BBT chứa sóng hài tần số cao Để làm mịn dòng điện đầu ra BBT

thể được tính như sau:

điện phía BBT, thường thấp hơn 40% dòng tham chiếu định mức [51]

3) Thiết kế cuộn lọc Lf cho mạch Lf-Cf Nếu Cf đã được chọn, Lf có thể được chọn dựa trên tần số chuyển mạch Trong [50-51] có một đại lượng gọi là chất

Thông qua tham số này, có thể xác định được giá trị điện trở đệm/lọc của mạch

như thể hiện trong (13)

biên ở tần số lần lượt là (2ωs+ω0) và (2ωs+5ω0) Bởi vì sóng hài chiếm ưu thế

trị của L2 có thể được chọn tương đối thấp

5) Sau đó kiểm tra lại các ràng buộc tham số của tổng điện cảm và tần số cộng

lại quy trình thiết kế và điều chỉnh đầu vào

3.1.3 Bộ điều khiển logic mờ - FLC

Bộ điều khiển logic mờ (FLC) được biết đến với ứng dụng trong điều khiển các hệ thống mà việc kết nối giữa các biến đầu vào và đầu ra rất khó khăn hoặc không thể mô tả bằng các phương trình toán học mà chỉ thông qua quan sát thực nghiệm Thông qua kinh nghiệm hoặc kiến thức chuyên môn, các hàm thành viên và quy tắc quan hệ của các biến đầu vào và đầu ra có thể được thiết lập và với sự trợ giúp của vi xử lý tốc độ cao ngày nay, hệ thống điều khiển dựa trên FLC đã được sử dụng rộng rãi Bộ điều khiển logic mờ bao gồm ba phần chính, các tập hợp giá trị đầu vào được thông qua quá trình mờ hóa đến bộ suy luận mờ được xác định bởi cơ sở luật, sau đó với quá trình giải mờ để thu được (các) giá trị của tham số đầu ra Hình 3.2 chỉ ra một bộ điều khiển logic mờ tổng quát

Hình 3.2 Bộ điều khiển Logic mờ tổng quát

Về kết nối, máy điện đồng bộ ảo dựa trên mô hình Bộ nghịch lưu đồng bộ với khả năng mô phỏng đặc tính của SG thông qua các phương pháp điều khiển thì hoàn toàn không có liên hệ về mặt vật lý với máy điện đồng bộ truyền thống Dẫn đến sự phù hợp khi áp dụng với FLC trong việc xác định các thông số điều khiển thích ứng

đã tập trung vào việc ứng dụng FLC vào hệ thống điều khiển máy điện đồng bộ ảo, như trong [47-48]

3.2 Giải thuật điều khiển đề xuất trong Luận văn

Qua tổng quan tài liệu ở Chương 2 và Mục 3.1, quán tính ảo và hệ số độ dốc

gồm: nghiên cứu chỉ tập trung vào điều chỉnh một thông số [17-18,47-48] trong hệ

đó, Luận văn sẽ đề xuất một chiến lược điều khiển dựa trên FLC nhằm tính toán đáp ứng giá trị các đại lượng Jg và Dp bao phủ gần như tất cả các điều kiện hoạt động của

Bộ nghịch lưu đồng bộ, đặc biệt là trong điều kiện vận hành nối lưới, tách lưới, và quá độ giữa các trạng thái Ngoài ra, bộ lọc LLCL được triển khai để giảm sóng hài

lưu đồng bộ được tham khảo từ công trình [22] nhằm tạo sự tương quan trong so sánh đánh giá đáp ứng của giải thuật điều khiển được đề xuất Chi tiết sẽ được đưa ra trong các tiểu mục sau

3.2.1 Các tham số và thành phần của mô hình đề xuất

Hình 3.3a thể hiện mô hình vật lý khái quát của hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL trong đó Bộ nghịch lưu đồng bộ chính là Bộ nghịch lưu nguồn áp (Voltage Source Converter, VSC) được điều khiển theo phương pháp nhất định, Hình 3.3b thể hiện các sơ đồ khối MATLAB/Simulink của giải thuật điều khiển đề xuất cho hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL trong Luận văn Bộ nghịch lưu

đồng bộ kết nối với hệ thống (có thể là thanh cái hạ/trung thế trong Microgrid hoặc trung/cao thế cho trường hợp ứng dụng trong hệ thống điện lớn) qua bộ lọc LLCL với phụ tải địa phương điểm tại kết nối chung (PCC) Thiết bị đóng cắt “CB” giúp tạo mô phỏng quá trình tách lưới và kết lưới vận hành của Bộ nghịch lưu đồng bộ Đồng thời tại điểm kết nối chung có kết nối một bộ mô phỏng sự cố ngắn mạch ba pha với điện trở chạm xấp xỉ 10Ω nhằm khảo sát đáp ứng của Bộ nghịch lưu đồng bộ trong trường hợp sự cố hệ thống khi vận hành độc lập Việc chọn giá trị điện trở chạm sự cố tương đối cao nhằm giảm dòng sự cố đến mức độ vừa phải do Luận văn chỉ tập trung khảo sát đáp ứng của giải thuật điều khiển đề xuất cho hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL ở các kịch bản vận hành khác nhau Chi tiết kết quả mô phỏng đáp ứng sẽ được trình bày trong Mục 4.1

Các tham số được sử dụng cho quy trình thiết kế và mô phỏng giải thuật điều khiển đề xuất cho hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL được thể hiện trong Bảng 3.1 (được tham khảo trong [29])

Hình 3.3a Mô hình minh họa hệ thống Bộ nghịch lưu đồng bộ - bộ lọc LLCL

Hình 3.3b Mô hình mô phỏng MATLAB/Simulink

Bảng 3.1 Các thông số của Bộ nghịch lưu đồng bộ truyền thống

3.2.2 Điều khiển đáp ứng giá trị quán tính ảo và độ dốc áp dụng FLC

tính linh hoạt trong các điều kiện vận hành khác nhau Bộ điều khiển có thể thay đổi các giá trị quán tính ảo và độ dốc dựa trên điều kiện động của hệ thống có thể cải thiện đáp ứng quá độ của Bộ nghịch lưu đồng bộ và hệ thống mà Bộ nghịch lưu kết nối (hệ thống điện lớn hoặc lưới điện siêu nhỏ) Do đó, FLC được đề xuất và sử dụng để hiệu chỉnh các tham số quán tính và độ dốc nhằm cải thiện đáp ứng tần số trong các sự kiện gây mất cân bằng công suất hệ thống