LỜI CẢM ƠNLuận văn thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Điện với dé tài “Nghiên cứu điều khiến bộnghịch lưu ba bậc NPC cho biến doi năng lượng mặt trời” là kết quả của quá trình côgang không ng
TẾ bào quang điỆn . - - + S21 19 E1 121 151151111 715111111 11111 Ee xe 3 2.1.3 Khảo sát đặc tuyến I-V và điểm công suất cực đại ccccscscc: 5 2.1.4 Cau trúc hệ thống pin mặt trời - ¿+ - + 2 +2+E+E+E+EE£E£ErEeeersrerered 7 2.2 Các yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống PV kết nối lưới
tại chỗ tiêp xúc p-n và tạo ra dòng điện đên tai.
H0 yỲ Accumulated negative charge Photon
- oOo © Holes @ + @ | Depletion c region © © | © Electrons| 3- ©
Hình 2.2 Dưới tác dung của photon, tại lớp tiếp xúc p-n tao ra một cặp electron và lỗ trong
(a) Short-circuit current (b) Open-circuit voltage
Hình 2.4 Hai thông số quan trọng cua tế bao quang điện: Dòng điện ngắn mach
(lsc) và Điện áp hở mach (Voc)
Mạch tương đương của một tế bào quang điện bao gồm một diode nối song song với nguồn đòng lý tưởng như trong Hình 2.3. Đề khảo sát đặc điểm của tế bào quang điện, người ta thực hiện thí nghiệm hở mạch và ngăn mạch như sơ d6 trong Hình 2.4 Khi nối tắt hai đầu tế bảo quang điện, ta đo được dòng ngăn mach, va dé hở hai đầu tế bao quang điện ta đo được điện áp hở mạch.
Tu đó ta tính được dòng điện qua tải theo công thức:
Từ đó ta vẽ được đặc tuyến lý tưởng dòng-áp của tế bào quang điện như Hình 2.5.
Hình 2.6 Đặc tuyến dong áp có xét tới tổn hao Rs va Rp
Tuy nhiên trong thực tế, ta cần xét ton hao trên tế bào quang điện Do đó, ta cần vẽ lại mạch tương đương chính xác của tế bào quang điện với điện trở Rp mắc song song và điện trở Rs nối tiếp (Hình 2.7).
Khi đó điện áp va dòng điện cua pin mặt trời được viết lại theo công thức:
I = Isc — Ip {exp |“ |-1}-(”?) (22) Rp Đặc tuyến dòng-áp cũng thay đồi theo như Hình 2.6.
Hình 2.7 Mạch tương đương chính xác của pin mặt trời với điện trở ký sinh noi tiép va song song
2.1.3 Khảo sát đặc tuyến I-V và điểm công suất cực dai Xét một tế bào quang điện được dùng để cấp điện cho tải nào đó hoặc ắc quy.
Trước khi nối với tải, tế bao quang điện sẽ tạo ra điện áp hở mach Voc, nhưng không có dòng điện Nếu nối tắt hai đầu tế bảo quang điện này, ta được dòng điện ngắn mạch Isc nhưng khi đó điện áp ngõ ra bằng 0 Trong cả hai trường hợp này công suất đều không được truyền đến tải Khi đấu tải vào, công suất được truyền đi và ta cần phải xem xét mối quan hệ I-V sao cho công suất truyền đi là lớn nhất.
Từ Hình 2.5 cho thay đặc tính I-V của tế bao quang điện phụ thuộc vào nhiều thông sô trong đó có dòng điện hở mạch và điện áp ngăn mạch Hơn nữa ta thay được công suất truyền đi phụ thuộc vào điểm làm việc của tế bảo quang điện Như vậy ta cần phải tìm điểm công suất cực dai (MPP) dé tối ưu hóa hiệu suất của tế bao quang điện.
Trong quá trình làm việc của pin mặt trời, cường độ bức xạ cũng như nhiệt độ luôn thay đối dẫn tới công suất ra của tâm pin mặt trời cũng bi thay đổi theo (Hình 2.9).
Dòng điện phát ra nhờ năng lượng mặt trời tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ, vì vậy cường độ bức xạ tăng cũng làm dòng điện phát ra từ pin mặt trời tăng theo Trong khi đó, điện áp ngõ ra của pin mặt trời cũng ty lệ thuận với cường độ bức xạ nhưng thay đổi này rất nhỏ nên người ta thường bỏ qua khi khảo sát pin mặt trời.
Mặt khác, nhiệt độ của tắm pin mặt trời lại ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp của pin. Điện áp hở mạch của pin mặt trời tỷ lệ gần tuyến tính với nhiệt độ như công thức:
Khi đó điểm làm việc mà tại đó công suất pin dat cực đại cũng thay đối theo và cần phải thiết kế sao cho hệ thống luôn làm việc tại đó Các thuật toán để dò tìm điểm công suât cực đại sẽ được mồ tả trong phân sau.
_ | © Current < Œ we m================yZe===========nn=an-e~ tr Đà =Œ
=) ln Maximum Power Point e © (MPP)
0 VOLTAGE (V) Ve VocHình 2.8 Đặc tính I-V va công suất ngõ ra của tế bào quang điện
A IRRADIANCE: AM1.5, 1 kW/m? : CELL TEMP 25°C a 1000 W/m? —Ầ————_
Hình 2.9 Đặc tuyến dong-dp theo cường độ bức xạ và nhiệt độ cua một tam pin mat trời
2.1.4 Cau trúc hệ thống pin mặt trời Dựa trên cấu trúc và sự thiết kế lắp đặt, người ta chia hệ thống pin mặt trời thành bốn loại như Hình 2.10.
Cấu trúc tập trung: với hệ thống có câu trúc này, các tâm pin mặt trời được mắc nối tiếp thành một chuỗi dé tăng điện áp nguồn, sau đó các chuỗi nay được nối song song với nhau để đạt được dòng điện ngõ ra lớn hơn Do đó toàn bộ hệ thong được tap trung lại và sử dung một bộ nghịch lưu duy nhất Vì vậy cau trúc này giúp giảm chi phí bộ nghịch lưu Tuy nhiên cách làm như vậy gây tốn hao lớn trên các chuỗi diode đồng thời khó khăn trong dò tìm điểm công suất cực đại, đòi hỏi dùng dây cáp DC cao áp.
Cau trúc chuỗi: thực tế là dạng thu nhỏ của cấu trúc tập trung với việc dùng 1 inverter cho 1 chuỗi pin mặt trời Câu trúc này không can dùng diode bảo vệ cho từng chuỗi do đó giảm được tốn hao trên diode Đồng thời việc dò tìm điểm công suất cực đại cũng dễ dàng hơn, giảm ảnh hưởng của bóng che lên mỗi chuối.
- Cau trúc đa chuỗi: là cau trúc cải tiễn của cau trúc chuỗi và thường được dùng cho hệ thống công suất lớn Mỗi chuỗi sẽ có bộ MPPT và bộ biến doi DC-DC riêng tuy nhiên chi dùng một bộ nghịch lưu giúp tăng hiệu suất, giảm chi phí.
- Module AC: mỗi tắm pin được tích hợp săn bộ nghịch lưu cũng như bộ khuếch đại, MPPT Như vậy mỗi tam pin có thé hoạt động độc lập tăng cao hiệu suất tuy nhiên giá thành rất cao.
Multi-string ssi mg String technology technology má Có = — oy
AC AC AC DC D | tt 3 phase 1 phase PL | lị | connection connection Dc ! | DC ¡†|DC ÁC AC i AC
1 or 3 phase 1 phase connection connection
2.2 Các yêu cầu kỹ thuật cho hệ thông PV kết nói lưới Dé có thé kết nối một hệ thống PV với bộ nghịch lưu lên lưới, công suất nguồn phát ra phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật do nhà cung cấp đặt ra Một số tiêu chuẩn thường được su dụng như IEEE1547, IEC61727, ENC61000-3-2, IEEE929-2000 đặt ra các yêu câu về chat lượng công suât, tiêu chuan dau noi, THD Ngoài ra nó còn giới hạn dòng điện đấu nối tối đa lên lưới, giới hạn này thưởng rất nhỏ từ 0.5% đến 1% dòng ra định mức và rất khó dé đo đạc.
- TEC 61727 tập trung vào các tiêu chuẩn cho hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới và sử dụng các bộ biến đôi năng lượng bang bán dẫn Nó chung cấp một số khuyến nghị cho hệ thống có công suất định mức dưới 10 kVA dùng cho khu dân cư nhỏ, có thể là một pha hoặc ba pha Tóm lại, tiêu chuẩn này áp dụng cho lưới phân phối hạ áp.
Phan tầng COng suất eceeccccsescssssessesesessesesscsssesscsssesscsesesscsesesessesesesseseeeeees 12 1 Các giải thuật dò tìm điểm công suất cực đại (MPPT) cho PV
Phương pháp Perturb and Observe (Pá&O) .-ĂSSSrreses 13 2.5.3 Phương pháp Incremental Conductance (IC) - 55+ 5< <<<++<<<2 14 2.6 Kỹ thuật điều khiển PWM cho các bộ biến đổi công suất NPC
Nguyên lý của phương pháp này dựa trên sự biến động thường xuyên của điện áp và dòng điện trên tam pin mặt trời và so sánh công suât đo được với công suât trước đó để điều khiến Có 3 phương pháp P&O thường thấy là:
P&Oa: giá trị biến thiên cô định
- P&Ob: giá trị biến thiên thay đổi - P&Oc: chiều biến thiên được quyết định bởi bộ ba trọng SỐ.
So đỗ giải thuật P&Oa như trong Hình 2.16 Phương pháp nay đòi hỏi phải đo điện áp và dòng điện ngố ra từ nguôn pin mặt trời.
Hình 2.16 Sơ đồ giải thuật P&Oa
2.5.3 Phương pháp Incremental Conductance (IC)
Nguyên lý của phương pháp IC dựa trên đặc tính của điểm công suất cực đại Tại điểm công suất cực đại, vi phân của công suất bằng 0 Do đó giải thuật này dùng vòng lặp dựa trên sự thay đối của vi phân điện dẫn G.
Suy ra: wtp 0 2dG+G=0 (2.7) dl I
Hình 2.17 Sơ do giải thuật IC
2.6 Kỹ thuật điều khiến PWM cho các bộ biến đổi công suất NPC Trong ứng dụng năng lượng tai tạo, bộ biến đối công suất loại NPC thường được sử dụng nhất do khả năng mở rộng dễ dàng đơn giản.
Từ sơ đỗ Hình 2.18, ta thay bộ nghịch lưu ba pha ba bậc NPC sử dụng 12 khóa bán dan là Sal, Sal’, Sa2, Sa2’, Sa3, Sa3’, Sa4, Sa4’, Sa5, Sa5’, Sa6, Sa6'.
Theo quy tac kích đối nghịch ta có:
Tổ hop trạng thái của các khóa điều khiến, ta được 12 vector áp theo bang trạng thái đóng ngắt:
3 +60° < 8 < +90" V3 4 +90° < @ < +120° V4 5 +120° 0 nếu là thành phan thứ tự thuận, n < 0 nếu là thứ tự nghịch Vector điện áp này có thé chuyển qua hệ af dùng biến đổi Clarke: ¡ [cos(at) cos(nwt)
6= (1 “= [Tap]: Vane = pve| Simcoe) | + ly P | mtsoe (2.32)
Hoặc chuyển qua hệ quy chiếu đồng bộ da:
_ [va 3 ad [costar —@ 214 pv Nhàn. taa — E = [Taq] Yap = py sin(wt — 6’) sin(nwt — Je, 41)
IT] _ cos(@") — sin(@") (2.42) _ [-sin(@') cos(@’)
Q’ là tọa độ góc trong hệ da.
Giả sử hệ quy chiếu dq quay đồng bộ với vector thứ tự thuận, trục d cùng chiều với vector áp thứ tự thuận, ta được:
Vag = lv” [ol + pv" Cann Dob (2.43 )
Từ công thức trên, ta được biên độ và góc pha của vector áp như sau:
|lứ| = [v2 + vB = AF [(/†1)2 + (V")2 + 2V*1V"cos((n—1)wt)] (2.44)
6 = tan "1# = (¿t + tan"! (=) = wt + tan 1 | (2.45 ) vB Vd
Ta nhận thay duoc biên độ điện áp là hằng số, hơn nữa là không thé tách được thành phan thứ tự thuận bang cách lọc va tính toán thông thường.
3 MO PHONG HE THONG PV VỚI SIMULINK 3.1 Tổng quan hệ thong PV dùng bộ nghịch lưu nối lưới
Dieu khién < Dieu PLL dong khién ap
Hình 3.1 So đồ khối hệ thong
Sơ đồ tổng quát của hệ thống được mô tả như Hình 3.1 với các khối sau:
- PV Array: Mô phỏng lưới các tam pin mặt trời có công suất thay đôi theo cường độ bức xạ và nhiệt độ tắm pin.
- DC-DC Converter: Mạch tăng áp Boost.
- MPPT (P&O) va PWM Generation: Khối dò tìm điểm công suất cực đại băng giải thuật P&O, tạo xung điều khiến cho DC-DC converter.
- _ 3-phase Inverter: Bộ nghịch lưu 3 pha điều chế sóng mang sin.
- Filter: Bộ lọc LCL cho bộ nghịch lưu.
- PLL: Vòng khóa pha đồng bộ với lưới điện
- Grid: Lưới điện phụ trợ có dau nôi tải
Trong hệ thống nghịch lưu nối lưới, bộ điều khiến đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý công suất đưa lên lưới từ nguồn phát Hau hết các hệ thống điều khiến có cau trúc hai tầng điều khiến lặp vòng gồm vòng lặp trong và vòng lặp ngoài, tín hiệu lặp có thể là dòng điện, điện áp hoặc công suất Kết hợp các kiểu vòng lặp trên ta có được rất nhiều phương thức điều khiến Phương thức thông dụng nhất là dùng vòng lặp ngoài cho tín hiệu điện áp DC Link và vòng lặp trong cho tín hiệu dòng điện.
Vòng lặp áp có nhiệm vu cân bang dòng công suất của hệ thong Nếu nhận được thêm công suất đưa vào từ phía DC, bộ điều khiến sẽ thay đổi dòng điện tham chiếu, từ đó công suất phía AC được tăng thêm.
Vòng lặp dòng có nhiệm vụ diéu chỉnh chất lượng điện năng, giảm sóng hài dòng điện để đáp ứng tiêu chuẩn lưới điện.
Hệ thống điều khiến có thé thiết kế theo nhiều cau trúc khác nhau, bao gôm điều khiến miền abc, điều khiến trong miễn af, điều khiến trong miễn đg0.
3.1.1 Điều khiến trong miền abc:
Phương pháp này cần phải có bộ điều khiến riêng cho từng pha Các bộ điều khiến dùng cho hệ thông này là bộ điều khiến sin phi tuyến như Dead beat, Hysteresis Cau trúc bộ điều khiển được mô tả như Hình 3.2
Ude ia + Ua* a T = vee") —| eating ia’ ia | as controller) ( {dg Z1 | jp ie ae Gina Ub" PWM ‘al iblicl alelUe ee ee r mA H
Hình 3.2 Cấu trúc diéu khiến trong miễn abc
3.1.2 Điều khiến trong miền af:
Trong phương pháp này, các biến tín hiệu trong miền abc được chuyển đổi sang miền af Các biến trong trường hợp này điều là sóng sin Dé điều khiến trong miễn af, người ta thường dùng bộ điều khiển cộng hưởng tỷ lệ (PR) do bộ điều khiến tích phân tỉ lệ (PI) không thé loại bỏ được sai lệch khi quá độ Cau trúc hệ thông điều khiến dạng này được mô tả trong sơ đồ Hình 3.3.
Hình 3.3 Hệ thong điều khiển trong miễn af3.1.3 Điều khiến trong miền đ40:
Trong phương pháp nay, các biến tín hiệu được chuyển đổi về hệ quy chiếu đồng bộ dq0 do đó các thành phân tín hiệu trở thành giá tri DC và ta có thé dùng bộ điều khiến tích phân tỉ lệ PI Cau trúc thông thường của hệ thống này được mô tả như sơ dé
Nhu ta thay trong Hình 3.4, khối điều khiển PI được kết nối chéo và điện áp được cấp trực tiếp cho vòng lặp điều khiến Vì vậy công suất tác dụng và công suất phản kháng cấp cho lưới được điều khiến độc lập. Đề thiết kế cau trúc cho bộ điều khiển dòng một cách chính xác, ta lập mô hình toán học cho bộ điều khiến Với hệ thống ba pha cân bang dùng bộ nghịch lưu áp, trong hệ quy chiếu đồng bộ dq ta có:
F 1 lạ = (upcdg —Vat wLig) TL (3.2)
Thay Ug, vào ig Va ig ta được: a la _ mm @ la Vaconv — VaR dt | 7 F in l¿] + Bàn — v, | (3.4) L
Chuyén đổi qua hệ don vị tương đối:
_ @pRnu d cre] _ Lou or" Wp ng — gi (3.5) dt LÍq pu —@) _ @pRpu | Lg mu L LỨqconupu — Ứq/pu
Tuy nhiên dé đáp ứng mục tiêu điều khiến độc lập dòng điện theo d- và q-, ta cần việt lại công thức như sau:
L2 — R L) — T ° at lg 0 — Sb*pu Lq/pu L Ủq,conu,pu
Cuôi cùng ta được: ln ‘conv, pul |? | h nà lạ conứ/pu t+ Vapu (3.7) Vg, conv,pu lg, pu Vg conv ypu TT Vg, pu
Từ đó ta vẽ được mô hình bộ điều khiến phối hop chéo như Hình 3.5.
Hình 3.5 Điêu khiến dòng điện lặp vòng phối hop chéo
Ta dùng khối PV Array có sẵn trong thư viện Simulink và thiết lập như hình dưới.
Thông số mỗi tam pin được cho như sau: Điện áp hở mạch (V,.): 44.5 [V]
- Dong điện tại MPPT (Imp): 5.48 [A]
- Hés6 nhiệt: 0.061745 Gia sử hệ thống có công suất 2000W, ta dùng 10 tam pin mặt trời có công suất cực đại 200W mắc nối tiếp.
Ta thay đổi cường độ bức xạ và nhiệt độ đưa vào hệ thống pin mặt trời để khảo sát hệ thống trong các điều kiện khác nhau.
Block Parameters: PV Array PV array (mask) (link) Ế
Implements a PV array built of strings of PV modules connected in parallel Each string consists of modules connected in series.
Allows modeling of a variety of preset PV modules available from NREL System Advisor Model (Jan 2014) as well as user-defined PV module.
Input 1 = Sun irradiance, in W/m2, and input 2 = Cell temperature, in deg.C.
Series-connected modules per string 10 A =
Maximum Power (W) | 200.02 Cells per module (Ncell) 72 B Open circuit voltage Voc (V) 44.5 A Short-circuit current Isc (A) 5.92 (|
Voltage at maximum power point Vmp (V) 36.5 A Current at maximum power point Imp (A) 5.48 B Temperature coefficient of Voc (%/deg.C) -0.27269 A Temperature coefficient of Isc (%/deg.C) 0.061745 B "
Hình 3.6 Thiết lập thông số mô phỏng PV Array Ta có đặc tuyến V-I và V-P của tam pin mặt trời như hình.
10 series modules; 1 parallel strings 60 4 kim <
Hình 3.7 Đặc tuyến I-V và P-V khi công suất thay đổi ở 1kW và 0.25kW
10 series modules; 1 parallel strings 7 T T T T T I aL et SG và |
Hình 3.8 Đặc tuyến I-V và P-V khi nhiệt độ tam pin thay đổi
3.3.1 Vòng khóa pha cho lưới cân bằng Đồng lưới đóng vai trò rất quan trọng với hệ thống nối lưới Nó đồng bộ tan số và pha ngõ ra với điện áp và dòng điện trên lưới băng một số cách biến đổi Thường dùng nhất là biến đổi d-q với vòng lặp điều khiến.
Phân tích điện áp ba pha không cân bằng ¿+ 5c scs+cee: 24
Các sự cô trên lưới do đó có thé hiểu là tống hợp của các thành phan thứ tự của sóng hai Một cách tong quát, điện áp ba pha được phân tích thành 3 thành phan thứ tự cho thành phan sóng hài bậc thứ n được cho như sau:
Vabe = Ps = 3⁄n=1(ọpc + Vane + Vabc (2.34 ) Ứa
Ve Với: cos(nwt + ỉ””) yin = yin cos(nwt — >t gt”) (2.35 ) 27r
|cos(no£ + = + OT") | cos(nwt + ỉ—”)
|C0S(nút — = + @~")| cos(nwt + ỉ9") vor = V9" [cos(nứt + 6°") |( 2.37 ) cos(nwt + ỉ9")Do các máy phát phân phối thường kết nối với lưới bằng hệ thống ba dây, thành phân thứ tự không sẽ không bị đưa lên lưới Vì vậy ta có thể bỏ qua không xét đến thành phan thứ tự không Trong khi đối với thành phan thứ tự thuận, đây là thành phan chủ yếu được đưa lên lưới trong suốt quá trình làm việc của hệ thống, việc xem xét và điều khiến thành phan này là quan trọng nhất Còn đối với thành phan thứ tự nghịch, ta
25 cần xét đến khi lưới mất cân băng nhằm cân bằng công suất của hệ thống, tránh dao động công suất làm ảnh hưởng đến bộ biến đổi công suất Đồng thời điều khiến thành phan thứ tự nghịch giúp điều khiến công suất phản kháng đưa lên lưới khi có sự cố, tham gia vào hoạt động điều độ.
Ta có thé biểu diễn nguồn áp ba pha gồm thành phan thứ tự thuận ở hai cơ bản và thành phan thứ tự thuan/nghich ở hai bac n như sau: cos(wt) 7 r co0s(not)
+1 +1|cos(wt —~) (nwt — =) Pạpc = Vabe + Vabc =V 3 +v" COSKTLOD 3 (2.38 )
Với n >0 nếu là thành phan thứ tự thuận, n < 0 nếu là thứ tự nghịch Vector điện áp này có thé chuyển qua hệ af dùng biến đổi Clarke: ¡ [cos(at) cos(nwt)
6= (1 “= [Tap]: Vane = pve| Simcoe) | + ly P | mtsoe (2.32)
Hoặc chuyển qua hệ quy chiếu đồng bộ da:
_ [va 3 ad [costar —@ 214 pv Nhàn. taa — E = [Taq] Yap = py sin(wt — 6’) sin(nwt — Je, 41)
IT] _ cos(@") — sin(@") (2.42) _ [-sin(@') cos(@’)
Q’ là tọa độ góc trong hệ da.
Giả sử hệ quy chiếu dq quay đồng bộ với vector thứ tự thuận, trục d cùng chiều với vector áp thứ tự thuận, ta được:
Vag = lv” [ol + pv" Cann Dob (2.43 )
Từ công thức trên, ta được biên độ và góc pha của vector áp như sau:
|lứ| = [v2 + vB = AF [(/†1)2 + (V")2 + 2V*1V"cos((n—1)wt)] (2.44)
6 = tan "1# = (¿t + tan"! (=) = wt + tan 1 | (2.45 ) vB Vd
Ta nhận thay duoc biên độ điện áp là hằng số, hơn nữa là không thé tách được thành phan thứ tự thuận bang cách lọc va tính toán thông thường.
3 MO PHONG HE THONG PV VỚI SIMULINK 3.1 Tổng quan hệ thong PV dùng bộ nghịch lưu nối lưới
Dieu khién < Dieu PLL dong khién ap
Hình 3.1 So đồ khối hệ thong
Sơ đồ tổng quát của hệ thống được mô tả như Hình 3.1 với các khối sau:
- PV Array: Mô phỏng lưới các tam pin mặt trời có công suất thay đôi theo cường độ bức xạ và nhiệt độ tắm pin.
- DC-DC Converter: Mạch tăng áp Boost.
- MPPT (P&O) va PWM Generation: Khối dò tìm điểm công suất cực đại băng giải thuật P&O, tạo xung điều khiến cho DC-DC converter.
- _ 3-phase Inverter: Bộ nghịch lưu 3 pha điều chế sóng mang sin.
- Filter: Bộ lọc LCL cho bộ nghịch lưu.
- PLL: Vòng khóa pha đồng bộ với lưới điện
- Grid: Lưới điện phụ trợ có dau nôi tải
Trong hệ thống nghịch lưu nối lưới, bộ điều khiến đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý công suất đưa lên lưới từ nguồn phát Hau hết các hệ thống điều khiến có cau trúc hai tầng điều khiến lặp vòng gồm vòng lặp trong và vòng lặp ngoài, tín hiệu lặp có thể là dòng điện, điện áp hoặc công suất Kết hợp các kiểu vòng lặp trên ta có được rất nhiều phương thức điều khiến Phương thức thông dụng nhất là dùng vòng lặp ngoài cho tín hiệu điện áp DC Link và vòng lặp trong cho tín hiệu dòng điện.
Vòng lặp áp có nhiệm vu cân bang dòng công suất của hệ thong Nếu nhận được thêm công suất đưa vào từ phía DC, bộ điều khiến sẽ thay đổi dòng điện tham chiếu, từ đó công suất phía AC được tăng thêm.
Vòng lặp dòng có nhiệm vụ diéu chỉnh chất lượng điện năng, giảm sóng hài dòng điện để đáp ứng tiêu chuẩn lưới điện.
Hệ thống điều khiến có thé thiết kế theo nhiều cau trúc khác nhau, bao gôm điều khiến miền abc, điều khiến trong miễn af, điều khiến trong miễn đg0.
Điều khiến trong miễn ADC? ¿5-5 2522552 SE2E+EE£E‡EvEEErverererrrsees 28 3.1.2 Điều khiến trong miễn đ/' - + 5+ 252222 2E+E£EE£E£EvErkrrererererrees 29 3.1.3 Điều khiến trong miễn dq: - + 2+ 2 £+E+E££E+EvE£xeverererresees 29 3.2 PV AITAV LG nọ nọ vớ 31 3.3 Vòng khóa pha (PLL) œ1 9999301 1g ng 33 3.3.1 Vòng khóa pha cho lưới cân bằng - ¿2-25 + c2 2+E£Ezesrersred 33 3.3.2 Vòng khóa pha hỗ trợ lưới không cân bằng 55-52: 36 3.4 Tính toán thiết kế mạch lỌC - - 6s E+EE*E+EEEsESEEE+ESEEeEseseeereesed 38 3.5 Biến đổi DC-DC và tìm điểm công suất cực đại - ¿sec cscscsesersesed 40 3.5.1 Tính toán thiết kế mach tăng áp Boost - 2 252 522s+c+£szscscs¿ 4 3.5.2 Chu kỳ làm việc của bộ biến đổi B.oosit - + + 2 c+x+esesrsrsrreei Al 3.6 _ Điều khiến lặp VON eccccccsessssesessesesscsesessesesecscsesessesesessssesesesesesesseseeeeees 42 3.6.1 Vòng lặp ấp LH nọ nọ 42 3.6.2 Vòng lặp dòng điện - (<< + SH re 43 3.6.3 Tạo xung điều khiến PWM ¿c3 E1 1151515113111 111C tee 44 3.6.4 Điều khiến dòng điện cho lưới không cân băng
Phương pháp này cần phải có bộ điều khiến riêng cho từng pha Các bộ điều khiến dùng cho hệ thông này là bộ điều khiến sin phi tuyến như Dead beat, Hysteresis Cau trúc bộ điều khiển được mô tả như Hình 3.2
Ude ia + Ua* a T = vee") —| eating ia’ ia | as controller) ( {dg Z1 | jp ie ae Gina Ub" PWM ‘al iblicl alelUe ee ee r mA H
Hình 3.2 Cấu trúc diéu khiến trong miễn abc
3.1.2 Điều khiến trong miền af:
Trong phương pháp này, các biến tín hiệu trong miền abc được chuyển đổi sang miền af Các biến trong trường hợp này điều là sóng sin Dé điều khiến trong miễn af, người ta thường dùng bộ điều khiển cộng hưởng tỷ lệ (PR) do bộ điều khiến tích phân tỉ lệ (PI) không thé loại bỏ được sai lệch khi quá độ Cau trúc hệ thông điều khiến dạng này được mô tả trong sơ đồ Hình 3.3.
Hình 3.3 Hệ thong điều khiển trong miễn af3.1.3 Điều khiến trong miền đ40:
Trong phương pháp nay, các biến tín hiệu được chuyển đổi về hệ quy chiếu đồng bộ dq0 do đó các thành phân tín hiệu trở thành giá tri DC và ta có thé dùng bộ điều khiến tích phân tỉ lệ PI Cau trúc thông thường của hệ thống này được mô tả như sơ dé
Nhu ta thay trong Hình 3.4, khối điều khiển PI được kết nối chéo và điện áp được cấp trực tiếp cho vòng lặp điều khiến Vì vậy công suất tác dụng và công suất phản kháng cấp cho lưới được điều khiến độc lập. Đề thiết kế cau trúc cho bộ điều khiển dòng một cách chính xác, ta lập mô hình toán học cho bộ điều khiến Với hệ thống ba pha cân bang dùng bộ nghịch lưu áp, trong hệ quy chiếu đồng bộ dq ta có:
F 1 lạ = (upcdg —Vat wLig) TL (3.2)
Thay Ug, vào ig Va ig ta được: a la _ mm @ la Vaconv — VaR dt | 7 F in l¿] + Bàn — v, | (3.4) L
Chuyén đổi qua hệ don vị tương đối:
_ @pRnu d cre] _ Lou or" Wp ng — gi (3.5) dt LÍq pu —@) _ @pRpu | Lg mu L LỨqconupu — Ứq/pu
Tuy nhiên dé đáp ứng mục tiêu điều khiến độc lập dòng điện theo d- và q-, ta cần việt lại công thức như sau:
L2 — R L) — T ° at lg 0 — Sb*pu Lq/pu L Ủq,conu,pu
Cuôi cùng ta được: ln ‘conv, pul |? | h nà lạ conứ/pu t+ Vapu (3.7) Vg, conv,pu lg, pu Vg conv ypu TT Vg, pu
Từ đó ta vẽ được mô hình bộ điều khiến phối hop chéo như Hình 3.5.
Hình 3.5 Điêu khiến dòng điện lặp vòng phối hop chéo
Ta dùng khối PV Array có sẵn trong thư viện Simulink và thiết lập như hình dưới.
Thông số mỗi tam pin được cho như sau: Điện áp hở mạch (V,.): 44.5 [V]
- Dong điện tại MPPT (Imp): 5.48 [A]
- Hés6 nhiệt: 0.061745 Gia sử hệ thống có công suất 2000W, ta dùng 10 tam pin mặt trời có công suất cực đại 200W mắc nối tiếp.
Ta thay đổi cường độ bức xạ và nhiệt độ đưa vào hệ thống pin mặt trời để khảo sát hệ thống trong các điều kiện khác nhau.
Block Parameters: PV Array PV array (mask) (link) Ế
Implements a PV array built of strings of PV modules connected in parallel Each string consists of modules connected in series.
Allows modeling of a variety of preset PV modules available from NREL System Advisor Model (Jan 2014) as well as user-defined PV module.
Input 1 = Sun irradiance, in W/m2, and input 2 = Cell temperature, in deg.C.
Series-connected modules per string 10 A =
Maximum Power (W) | 200.02 Cells per module (Ncell) 72 B Open circuit voltage Voc (V) 44.5 A Short-circuit current Isc (A) 5.92 (|
Voltage at maximum power point Vmp (V) 36.5 A Current at maximum power point Imp (A) 5.48 B Temperature coefficient of Voc (%/deg.C) -0.27269 A Temperature coefficient of Isc (%/deg.C) 0.061745 B "
Hình 3.6 Thiết lập thông số mô phỏng PV Array Ta có đặc tuyến V-I và V-P của tam pin mặt trời như hình.
10 series modules; 1 parallel strings 60 4 kim <
Hình 3.7 Đặc tuyến I-V và P-V khi công suất thay đổi ở 1kW và 0.25kW
10 series modules; 1 parallel strings 7 T T T T T I aL et SG và |
Hình 3.8 Đặc tuyến I-V và P-V khi nhiệt độ tam pin thay đổi
3.3.1 Vòng khóa pha cho lưới cân bằng Đồng lưới đóng vai trò rất quan trọng với hệ thống nối lưới Nó đồng bộ tan số và pha ngõ ra với điện áp và dòng điện trên lưới băng một số cách biến đổi Thường dùng nhất là biến đổi d-q với vòng lặp điều khiến.
Sơ dé khối một vòng khóa pha cho hệ thống 3 pha được mô tả như Hình 3.9 Day là vòng khóa pha thường gặp nhất dựa trên hệ quy chiếu đồng bộ nên thường được gọi àSRF-PLL Với Vabe được do từ điện áp lưới và tách thành thành phan DC băng biến doi abc-dq và PLL sẽ khóa lại bằng cách đặt Vạ* về 0 PI là bộ lọc thông thấp chặn các hài bậc cao và cung cấp tín hiệu điều khiển DC cho bộ điều khiến dao động áp (VCO) Tần số ngõ ra của bộ nghịch lưu được lấy tích phân ra góc pha Khi không còn sự khác nhau về góc pha giữa lưới và bộ nghịch lưu, PLL được kích hoạt và kéo hệ thống chạy đồng bộ.
Hình 3.9 So đồ nguyên lý vòng khóa pha PLL
Vòng khóa pha được mô phỏng như Hình 3.9, giá trị điện áp đo từ lưới được quy doi sang hệ đơn vị tương đối, sau đó được đưa vào khối PLL dé tính góc pha điện áp lưới Vòng khóa pha được thực hiện băng cách đặt điện áp tham chiếu theo trục d Uy ban đầu bằng 0, dùng bộ điều khiến PI trong vòng lặp để khóa pha Sơ đỗ mô phỏng PLL thực tế như Hình 3.10.
Hình 3.10 Cấu trúc bên trong vòng khóa pha
Ngõ ra góc pha của bộ PLL được dùng cho biến đối dq cho cả điện áp và dòng điện.
Tuy nhiên bộ SRF-PLL chỉ có thể hoạt động tốt với lưới điện ba pha cân băng nhưHình 3.11a, điện áp dq luôn là một chiêu và có thé điều khiến được băng bộ hiệu chỉnh
PI Tuy nhiên trong các trường hợp còn lại, điện áp dq bi dao động vào không thé điều khiến được. v =0 v #0 Vv =
OF r —————.—-| (Ƒ —SÁVVVVSVVVVAA“AAVAA| 0 one nana an
Hình 3.11 Góc pha và điện áp dq: (a) trường hợp sụt áp đều trên cả ba pha, (b) trường hợp sụt áp không sin, (c) trưởng hợp ba pha không cân băng.
Hình 3.12 Kết noi vòng khóa pha vào hệ thống
3.3.2 Vòng khóa pha hỗ trợ lưới không cân bằng Như đã dé cập ở trên, trong trường hợp lưới không cân băng thì bộ PLL thông thường không thé đảm bảo được việc đồng bộ lưới điện Do đó ta cần cải tiến bộ PLL dé có thé làm việc được với lưới không cân băng.
Một phương pháp thường gặp đó là phân tích thành hai thành phan thứ tự thuận và thứ tự nghịch, gọi là hệ quy chiếu đồng bộ kép Việc sử dụng hệ quy chiếu đồng bộ kép cho phép tách riêng thành phan điện áp thứ tự nghịch ra dé điều khiến.
Giả sử tọa độ góc của hệ quy chiếu thuận dq”” trùng với toa độ góc của vector áp thứ tự thuận bậc 1 v”” khi đó điện áp đo được ở phía lưới có thé biểu diễn trong hệ quy chiếu đồng bộ kép như sau:
[| = (Tal |] tro] = =] a 3) s) (3.8) q v, 3Í sin(0’) —sin(@’——) —sin(6' +—) Với
(Tol = [Tu|-[fss[fal = | “men, costal eel =] eva] (39)
Từ công thức trên ta nhận thay giá tri DC của dq’! va dq” tương ứng với biên độ sóng sin của v*' và v'Ì, trong khi dao động tại tần số 2œ tương ứng với vector quay của thành phân còn lại Do đó để giảm ảnh hưởng của dao động tại tần số 2œ, người ta
37 dùng mạng phân tầng để loại bỏ hoàn toàn các dao động này từ vòng khóa pha đồng bộ.
Trong trường hợp lý tưởng, PLL đồng bộ hoàn toản, ta được: cos(wt) 4 or ee (3.10)
Yap = lve | =v" Simcoe) sin(—at) Va
Nhu vậy biên độ cua thành phân AC thứ tự thuận phụ thuộc vào tín hiệu DC thứ tự nghịch và ngược lại thành phân AC thứ tự nghịch phụ thuộc vào tín hiệu DC thứ tự thuận Do đó ta cần điều khiến phối hợp hai thành phần.
Trong phạm vi luận văn này, ta chỉ xem xét ở hài cơ bản, khi đó tín hiệu điện áp có thé phân tích thành hai thành phan thứ tự trong miễn thời gian như sau: cos(—2at) sin(—2at) (3.11) Vag = V*1 [;] +ự"
Từ đó ta có thé dé dang tìm được tín hiệu dq tương ứng với hai thành phan thứ tự:
[yt] F1 _, [cos(—2at) vit = nh =[T]ứ„ạ = v* ol +1 ltm(- 2a) (3.12 )
_ yt] _ Ilcos(2ứt) 11 vii = ba = [Tz2].u„g = V*1 ‘sinQwt)| * ẹ (3.13)
Nhu vậy rõ ràng la hai thành phân thứ tự phụ thuộc chéo nhau như đã nói ở trên.
Ma trận chuyển đồi tìm được như sau:
Do đó công thức có thé viết lại thành: ni] - yt Mà +ự1 cos(2a@t) M4 cose] (
Vaqt = an sin(ỉ†1) —sin(2wt) cos(2wt)} Lsin(@-1)
3.12 ) vee dey est Lozi) ôseo lam@es]
Pa] : [Pa] 5 ener eee cos(2mt)
Ta được gid trị áp do được với hai thành phan:
Vaqtt = Vgtt = Vaqtt + |Taa+z|ỉaa„—
Vag" = Vg-1 = Vag" + [T ag-2 |Bagts
Vagtt = BẠN = +1 Mà and Ứqq~1 — B : qt1 sin(@ ) Vg-1
Suy ra giá tri ước lượng ở ngõ ra sé là:
Từ công thức trên, ta có được sơ đồ mô phỏng như hình
Hình 3.13 Sơ đồ khối DDSRF
3.4 Tính toán thiết kế mạch lọc Do ng6 ra của bộ nghịch lưu tạo ra sóng hài lớn, cần dùng bộ lọc dé loại bỏ sóng hài, giảm độ méo dạng sóng đê đáp ứng được các tiêu chuân nôi lưới Có rat nhiều loại bộ lọc như L, LC, LCL Trong đó bộ lọc LCL là thích hợp nhất cho hệ thông nghịch lưu nôi lưới.
Các thông số thiết kế mạch lọc được tính toán như bên dưới, thực hiện phân biệt cho từng pha. Điện cảm của cuộn dây phía bộ nghịch lưu:
AI, được cho theo công thức: v2P Ÿph(gri4) Al, = 0.1% = 0.41 (3.19 )
- Lila điện cảm của cuộn dây trên mỗi pha bộ nghịch lưu - f, là tần số đóng cắt bộ nghịch lưu và băng 30kHz
Dang sóng ba pha ngõ ra của hệ thống .-. - 2 2 52+ cs+xszscs2 57 4.2.1 Công suất NYS ra . - ¿6 S213 E 3 1921211111 211111 1111111111111 re 57 4.3 Khảo sát hệ thong làm việc với lưới không cân bằng
được là 326.6V, biên độ dòng điện là 4.128A Ta tính được điện áp pha hiệu dung:
VAp = v2_ V3 Như vậy điện áp ngõ ra của hệ thống đã đáp ứng yêu cầu thiết kế.
4 Saat ey - láng SPs - — ở la ~~
Hình 4.7 Dạng sóng điện áp và dòng điện của hệ thông hòa lưới Ta thực hiện pPhân tích sóng hài dòng điện phát lên lưới, tại tần số hài cơ bản 50Hz, trong 20 chu kỳ, THD là 1.11%, đáp ứng yêu câu nối lưới (THD < 5%).
4.2.1 Công suất ngõ raVới công suất pin mặt trời 2000W, công suất phát lên lưới đạt 1994W, như vậy hiệu suất của hệ thống rất cao, lên đến 99% Mặc dù vậy, hệ thống khi mô phỏng đã
58 khong xét đến các tồn hao trên bộ biến đổi Boost, bộ nghịch lưu bên công suất ngo ra trong thực tế có thé nhỏ hơn.
Selected signal: 51.56 cycles FFT window (in red): 20 cycles
0 Iiluil iN hui Li TNÃI IIIITTRI | ttl if Jiu hes NET L F stil Jot xUạL rene | u | L |
Hình 4.8 Phan tích sóng hài dong điện phat lên lưới va THD
Hình 4.9 Công suất cấp lên lưới
Tuy nhiên, ta có thé thay được đặc tuyến công suất ngõ ra của hệ thống tương đương với đặc tuyến công suất phát ra từ dàn pin mặt trời, do đó có thé thay duoc hé thong đã hoàn toàn chuyên đôi được công suat chính xác và hiệu qua.
Tín hiệu điều khiỂn . - + E1 539128 SE ng reered 59 4.3.2 Dạng sóng dòng điện ngõ ra dùng bộ diéu khiến thông thường và bộ điều khiển DIDSRIE . 522222221 12 12121211 212111 111111111111 11 111111111111 62 4.3.3 Công suất tác dụng dùng bộ điều khiến SRF và DDSRE
4.3.1.1 Tín hiệu điều khiển dùng bộ điều khiển SRF
+ằ b fos) id-iq measurement ằ Oo N i ld | _ lq
Delta ld-lq + Ei | | al Ị lI Ị J a ld la} Ỉ Ỉ | | Ỉ i Ỉ Ỉ 2 0 005 0.1 015 02 025 0.3 0.35 04 045 05
Hình 4.10 Dạng sóng các tín hiệu điều khiển Id (màu tim) và 1q (màu xanh dương) cho bộ điêu khiên dong thông thường SRF: (0-0.17s) lưới điện ôn định, (0.17-0.344s) lưới điện không cân bằng
Theo sơ đồ Hình 3.18, ta khảo sát tín hiệu dòng điện ngõ vào bộ điều khiến với cả bộ điều khiến thông thường SRF và bộ điều khiến DDSRE.
Với bộ điều khiển thông thường, khi xảy ra lưới không cân bằng, tín hiệu Id và Ig dao động với tan số 2œ Đồng thời biên độ tín hiệu thứ tự thuận bị thay đổi làm biên độ tín hiệu dòng điện tham chiéu không còn chính xác (Hình 4.10) Theo thứ tự từ trên xuống, ta có dòng điện Id, Iq đo được, dòng điện Id, Iq tham chiếu va Ald, Ald.
Tín hiệu Ald, AIq chính là tín hiệu ngõ vào cho bộ hiệu chỉnh PI Với dao động với biên độ quá lớn như vậy thì bộ hiệu chỉnh không thé loại bỏ được hết dao động trên đó, kết quả là dòng điện ngõ ra bị méo dạng với sóng hài lớn.
4.3.1.2 Loại bỏ dạo động trên tín hiệu điêu khiển dùng DDSRF-PLL
Hình 4.11 Loại bỏ dao động tin hiệu Id, lạ nhờ DDSRF-PLL
Với bộ điều khiển DDSRE, tín hiệu điều khiến Id, Iq chỉ bị dao động rất nhỏ do những dao động nay đã bị loại bỏ nhờ bộ DDSRF-PLL Dạng sóng tín hiệu tao ra từ
DDSRF-PLL gan như trùng với Iq Id ngõ vào Do đó có thé loại bỏ được với bộ hiệu chỉnh PI sau đó Hình 4.11 mô tả kết quả loại bỏ dao động trên tín hiệu điều khiến thứ tự nghịch, trên tín hiệu thứ tự thuận cũng tương tự như vậy Lần lượt từ trên xuống dưới là dòng điện Id, Iq thứ tự nghịch đo được, dòng điện Id, Iq được tạo ra từ bộ
DDSRF-PLL để loại bỏ dao động và kết quả Id’, Iq’ Ta thay được gia tri Id’, Iq’ sau
61 khi loại bỏ dao động đã trở về dang gan như tín hiệu DC.
Hình 4.12 Dang sóng các tín hiệu điều khiến cho bộ điều khiển dòng thứ tự nghịch
4.3.1.3 Tín hiệu điều khiển của bộ điêu khiển DDSRF
DDSRF: (0-0.2s) Lưới điện ôn định, (0.2-0.4s) Lưới điện không cân bang
Ta được tín hiệu Id’ và Iq’ đưa vào bộ điều khiển dòng thứ tự nghịch như Hình 4.12 Từ trên xuống dưới lần lượt là dạng sóng tín hiệu điều khiến Id’, Iq’, tín hiệu tham chiếu, và Ald, Alq đưa vào bộ hiệu chỉnh PI Với dao động rất nhỏ, chỉ khoảng 0.1 cua Ald, Alq thì bộ hiệu chỉnh PI có thé dé dàng loại bo và tạo tin hiệu ngõ ra tương đối tốt Tuy nhiên, do quá trình điều khiến phức tạp, tín hiệu điều khiến ngõ ra của PI không thé tốt như bộ điều khiển SRF được, hệ quả là sóng hài dòng điện sẽ cao hơn nhưng không đáng kê.
4.3.2 Dạng sóng dòng điện ngõ ra dùng bộ điều khiến thông thường và bộ điều khiến DDSRF
Với bộ điều khiến thông thường, khi xuất hiện nguồn điện áp ba pha không cân bang, tín hiệu đo được khi chuyển qua hệ quy chiếu dq sẽ không thu được giá trị DC như trước, dẫn đến bộ hiệu chỉnh PI không thể hiệu chỉnh tốt do độ dao động quá lớn.
Vi vậy, dòng điện ngố ra bị méo dạng sin.
Output Voltage and Current use SRF - Unbalanced Grid
Hình 4.13 Dòng điện và điện áp ngõ ra cua hệ thong dùng bộ diéu khiển thông thường khi lưới không cân băng
Trong khi đó, bộ điều khiển DDSRE tách nguồn tín hiệu ba pha thành các thành phân thứ tự, do đó tín hiệu trong miễn dq vẫn là DC va được điều khiến tốt bởi bộ hiệu chỉnh PI Nhờ vậy kết quả dòng điện ngõ ra vẫn giữ được dạng sóng sin rất đẹp.
: a WN wis Hh eae TIÊN sas 8 8 § 8 3
Hình 4.15 Dòng điện và điện áp ngõ ra của hệ thong dùng bộ điêu khiển thông thường khi lưới bị sụt áp Đối với trường hợp xảy ra sụt áp trên cả ba pha, lưới điện vẫn cân băng Khi đó tín hiệu điều khiến dq vẫn là tín hiệu DC Tuy nhiên điện áp giảm thấp dẫn tới chỉ số điều
64 chế bộ nghịch lưu thay đối đột ngột, cùng với đó là sụt áp DC Link, hệ thống mất 6n định do bộ điều khiến điện áp bị bão hòa Kéo theo đó là bộ điều khiến dòng làm việc không còn chính xác do dòng điện tham chiếu đưa ra từ bộ điều khiến áp không đúng.
Hệ quả là dòng điện bị méo dạng với gợn sóng hài lớn.
Hình 4.16 Dòng điện và điện áp ngõ ra cua hệ thong dùng bộ điều khiển DDSRF khi lưới bi sụt áp
4.3.3 Công suất tác dụng dùng bộ điều khiến SRF và DDSRF Với dòng điện ngõ ra bị méo dạng ở bộ điều khiển thông thường, công suất của hệ thong cấp lên lưới của cũng bị giảm theo xuống còn khoảng 1830W, tức hiệu suất giảm chỉ còn khoảng 91.5%.
Trong khi đó với bộ điều khiển DDSRF, công suất hệ thống chỉ giảm đi rat ít, từ 1987W xuống còn 1956W, tức hiệu suất khi lưới không cân bằng đạt 97.8%.
Việc sử dụng thêm bộ phân tầng cắt chéo đồng bộ kép (DDSRF) do phải có thêm một số thành phần bố sung dé điều khiển nên cũng làm công suất ngõ ra giảm nhưng không đáng kể (từ 1991W còn 1987W).
Hình 4.17 Công suất ngõ ra của hệ thong dùng bộ điều khiển thông thường khi lưới không cân băng
Hình 4.18 Công suất ngõ ra của hệ thong dùng bộ điều khiển DDSRF khi lưới không cân băng
Dao động công suất do thành phan thứ tự nghịch 65 4.4 _ Đánh giá chất lượng hệ thống . - + 2 52222 2E‡EvErxvrerersrrrreee 67 AAV DO 7n 67
Hình 4.19 Công suất tác dụng và công suất phản kháng thứ tự nghịch với bộ điều khiển SRE, hài cơ bản và hài bậc hai
Hình 4.20 Công suất tác dung và công suất phản kháng thứ tự nghịch với bộ điều khiển DDSRE, hài cơ bản và hài bậc hai
Ta thực hiện đo công suất thứ tự nghịch cho thành phan hai co bản va hài bậc hai.
Tại thời điểm xảy ra sự cô trên lưới (t > 0.3s), ta thay công suất phan kháng xuất hiện thành phần hài bậc hai.
Tuy nhiên, với bộ điều khiến DDSRE, ta có thé loại bỏ được dao động hài bậc 2 này
4.4 Đánh giá chất lượng hệ thông
4.4.1 Độ vọt 16 Độ vọt 16 (POT) là đại lượng đánh giá mức độ vọt lố của hệ thống, độ vọt 16 được tính theo công thức:
Dựa vào đô thị tín hiệu ngõ vào dòng điện do được trong hệ quy chiếu dq, ta tính được độ vọt 16 tương ứng với các trường hợp dùng bộ điều khiến thông thường với lưới cân bằng, bộ điều khiển DDSRE với lưới cân băng, bộ điều khiến DDSRF với lưới không cân bằng
Bang 4.3 cung cấp số liệu độ vọt 16 trong quá trình xác lập của hệ thống Độ vot 16 này thấp hơn nhiều độ vot 16 khi khởi động.
Bô điều khiển Lưới điên Độ vọt lo khoi động | Độ vọt lô xác lập Id
Bảng 4.3 Độ vọt 16 tín hiệu dong điện
Thời gian quá độ là thời gian cần thiết để sai lệch đáp ứng hệ thống và giá trị xác lập của nó không vượt quá 5% Từ đó ta tìm được thời gian xác lập của hệ thống:
- SRF, cân bằng: 35ms- DDSRF, cân bang: 75ms- DDSRF, không cân bằng: 84ms
75 mu Thời gian quá độ
SRF, lưới cân bằng DDSRF, lưới cân DDSRF, lưới không bằng cân bằng
Hình 4.21 Thời gian quá đọ (ms) với bộ điều khiển SRF và DDSRF
4.4.3 Độ méo dang do sóng hài (THD)
Với hệ thông thiết kế với công suất 2kW, ta có thé so sánh kết quả thu được với tiêu chuẩn IEC61727 cho hệ thống dưới 10KW Kết quả cho sánh được cho như Bảng 4.4.
Vấn đề IEC61727 ĐÓ CN Í khiến
DDSRF Công suát < I0kW 2kW 2kW
Bậc sóng hài TH TH TH 3 4% 0.17% 0.1%
Giới hạn sóng hài dòng điện 13 2% 0.04% 0.03%
Tam điện áp hoạt động én định 85-110% (196-253V) 230V Khoảng tan so hoạt động ôn định 50+1Hz 50Hz
Bang 4.4 Đối chiếu sóng hài dong điện với tiêu chuẩn IEC61727
Như vậy độ méo dạng dòng điện do sóng hài đều rất thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn IEC61727.
Bang 4.5 So sánh THD cua các bộ điêu khiển theo công suất Độ méo dạng dòng điện do sóng hai thay đối tùy theo công suất ngõ ra của pin mặt trời Kết quả đo đạc THD theo công suất được ghi nhận trong Bảng 4.5.
Tại công suất pin mặt trời thiết kế 1000W/m”, THD trong tat cả các trường hợp đều dưới 5%, đáp ứng tiêu chuẩn nỗi lưới Khi công suất giảm, THD tăng dân, nhất là khi công suất giảm xuống chỉ còn 250W/m’, chỉ số THD tăng cao Nguyên nhân là do khi đó điện áp ngõ ra pin mặt trời giảm thấp làm tăng ảnh hưởng của sóng hài.
3 ⁄ —— Lưới ổn dinh/SRF ——— Lưới ồn định/DDSRF
Hinh 4.22 Do thi danh gid THD So sánh giữa các bộ điều khiến với nhau, ta thay việc thay đổi bộ điều khiến thông thường SRF thành bộ điều khiến DDSRF giúp cải thiện ngõ ra, THD giảm đáng kể.
Tuy nhiên giá trị THD vẫn nam trong khoảng chấp nhận được với khoảng công suất trên 50% công suất định mức.
Cùng với đó, khi công suất thấp, ảnh hưởng của các tín hiệu bị méo dạng càng rõ ràng với THD tăng dân.
5 KET LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHAT TRIEN
5.1 Kết luận Trong luận văn này đã thực hiện nghiên cứu bộ nghịch lưu nối lưới dùng cho hệ thống điện mặt trời dựa trên các quyền sách cũng như bài báo khoa học được nghiên cứu trước đây.
Từ những lý thuyết trên và những giải pháp được dé xuất, mô hình mô phỏng bằng Simulink đã được xây dựng thành công Hệ thống pin mặt trời được thiết kế với các thông số dựa trên pin mặt trời trong thực tế Toàn bộ hệ thong được phân tach rõ rang thành hai giai đoạn là DC-DC với bộ biến đối Boost và DC-AC với bộ nghịch lưu, do đó việc cải tiến hệ thống về sau sẽ dễ dàng và thuận tiện.
Bộ biến đổi Boost dùng giải thuật P&O, đây là thuật toán đơn giản nhưng lại rất thích hợp dé sử dụng Với ngõ ra pin mặt trời là 365V, việc chọn điện áp ngõ ra của bộ biến đối Boost giúp chu ky làm việc D của bộ biến đổi luôn xấp xỉ khoảng 0.5, nhờ vậy hiệu suất được tối ưu hóa.
Bộ nghịch lưu ba pha ba bậc NPC được chọn để sử dụng Mặc dù bộ nghịch lưu này có hiệu suất thấp hơn bộ nghịch lưu hai bậc thực hiện đóng cắt nhiều hơn nhưng nó cho tín hiệu ngõ ra tốt hơn với dạng sóng đẹp và ít sóng hài Bộ điều khiến cho bộ nghịch lưu được thiết kế với hai bộ điều khiến điện áp và dòng điện, nhờ vậy công suất ngõ ra được ồn định, đồng thời dòng điện cũng được điều chỉnh để thỏa mãn các yêu cầu kết nối lưới.
Không những vậy, hệ thống còn có khả năng làm việc tốt khi lưới điện xảy ra sự cô với bộ điều khiến dòng điện phân tang bắt chéo đồng bộ kép (DDSRF) Với hệ thống noi lưới, khi xảy ra sự cố mat cân bang do sụt áp, van dé lớn nhất cần giải quyết là loại bỏ dao động bậc 2 vốn rất nguy hiểm do nó gây ra mất 6n định cho hệ thống điều khiến, hệ quả là truyền tải công suất méo dạng lên hệ thống Dé giải quyết van dé nay,luận văn đã áp dụng lý thuyết thành phan thứ tự Dựa trên các phân tích toán học trên lý thuyết cũng như một SỐ nghiên cứu trước đó, trong luận văn này đã kiểm nghiệm lại
72 phương pháp phân tích thứ tự dé điều khiến lưới không cân bằng Trong đó, thành phan thứ tự nghịch phát sinh khi lưới không cân bằng gây ảnh hưởng rất lớn đến quá trình điều khiến dòng công suất, gây ra dao động trên cả công suất tác dụng lẫn công suất phản kháng Như vậy, ta cần phải giải quyết ba vấn đề:
- _ Loại bỏ đao động công suất tác dụng - Loại bỏ đao động công suất phản kháng - _ Cân bang dòng điện
Kết quả mô phỏng dùng bộ điều khiến cải tiến DDSRE cho thấy dao động bậc hai đã được loại bỏ rất tốt nhờ bộ điều khiển DDSRE Do đó:
- _ Công suất tác dụng cũng như công suất phản kháng đo được đều không bị anh hưởng bởi các dao động này, điện áp lưới được duy trì ôn định hơn.
- Công suất tác dụng phát lên lưới luôn được duy trì ôn định, nhờ vậy điện áp DC-Link không bị dao động thường xuyên, có thể giảm điện dung tụ DC-Link.
- _ Đồng thời dòng điện cũng đáp ứng yêu cau nối lưới với sóng hài nhỏ, không bị méo dạng và cân bang.
