ứng dụng bộ biến đổi pwm trong điều khiển, công suất giữa các nguồn điện cục bộ
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) / Năm 2007 50 NG DNG B BIN I PWM TRONG IU KHIN CễNG SUT GIA CC NGUN IN CC B Ngụ c Minh (Trng i hc KTCN - H Thỏi Nguyờn) 1. t vn Vic nghiờn cu cỏc b bin i PWM ang c nhiu nh khoa hc quan tõm nghiờn cu mnh trong khong mi nm tr li õy v th hin nhiu u im vt tri: kh nng truyn nng lng theo c hai hng vi cos iu khin c, dung lng súng hi thp. Trong tỡnh hỡnh thiu ht nng lng hin nay, nhiu ngun in cc b ang c huy ng tớch cc b sung cụng sut cho li. Vỡ trong vn hnh khai thỏc cụng sut t cỏc ngun in cc b, do tớnh khụng n nh, tn s v cụng sut phỏt ca mi nh mỏy ph thuc nhiu yu t khỏch quan, nh ch giú (phong in); cỏc ch thu vn (thu in nh) cn iu tit lng cụng sut phỏt ra t cỏc nh mỏy vo li tho món cỏc yờu cu k thut, hoc k c trong trng hp iu tit mang tớnh thng mi (phõn chia cụng sut P, Q c bỏn ra cho tng nh mỏy in). Nghiờn cu tớnh nng c bit ca b bin i PWM, s a ra ng dng thc hin ý tng trờn. Trờn s hỡnh 1. : - li cp in cho cỏc ph ti 1 ; 2 ; 3 .; - mỏy phỏt F 1 cp cho li lng P 1 v Q 1 ; hoc iu chnh khỏc; - mỏy phỏt F 2 cp cho li lng P 2 v Q 2 = 0 ; hoc iu chnh khỏc. Ni dung bi bỏo tỏc gi mun thc hin l: - Gi thit trờn li ( cỏc ph ti: ti 1 , ti 2 , ti 3 ) cn lng cụng sut tớnh toỏn l: P(kW) v Q(kVAr) - B bin i PWM 1 ni vi ngun F 1 , iu khin cp cho li P 1 v Q 1 - B bin i PWM 2 ni vi ngun F 2 , iu khin cp cho li P 2 v Q 2 Yờu cu iu khin l: thay i c cỏc giỏ tr: P 1 , P 2 , Q 1 , Q 2 theo ý nun ( thm trớ l mt trong i lng trờn = 0 ) nhng luụn m bo iu kin: P 1 + P 2 = P v Q 1 + Q 2 = Q BBĐ 1 tải 1 tải 2 tải 3 tải . F 1 F 2 P 1 Q 1 P 2 BBĐ 2 Hỡnh 1. S li cú nhn in t 02 ngun in cc b Q 2 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) / Năm 2007 51 thc hin c ý tng iu khin ta xõy dng s cu trỳc nh hỡnh 2. 2. Mụ t toỏn hc cu trỳc iu khin cu trỳc s c th hin trờn hỡnh 2. Trc khi i vo vn iu khin, ta nhc li cỏc mụ t toỏn hc quen thuc cho ca tng khi: chnh lu, nghch lu, b iu khin bin tn v a ra cỏc thut toỏn iu khin tng ng. 2.1. Mụ t toỏn hc b chnh lu v phng phỏp iu khin Phng trỡnh cõn bng in ỏp b chnh lu c mụ t nh sau: L I S u u u= + (1) L L L S di u Ri L u dt = + + (2) a a a Sa b b b Sb c c c Sc u i i u d u R i L i u dt u i i u = + + (3) Ngoi ra dũng i n: dc a a b b c c dc du C S i S i S i i dt = + + (4) Hỡnh 2. S iu chnh cụng sut t cỏc ngun n h ph ti s dng cỏc b bin tn dựng PWM Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) / Năm 2007 52 n nay, ó cú rt nhiu phng phỏp iu khin b chnh lu PWM nh: VOC, DPC, VFVOC, VFDPC. t c mc tiờu l iu khin cỏc thnh phn cụng sut phỏt vo li t cỏc ngun cc b, tỏc gi a ra phng phỏp iu khin DPC (iu khin trc tip cụng sut). S nguyờn lý c mụ t trờn hỡnh 3. Vựng v trớ ca vector hiu in th v t thụng c chia thnh 12 sector v cỏc sector c biu din di dng s nh sau: n (n 2) (n 1) 6 6 < v i n=1,2 12 Sau khi ó xỏc nh c v trớ t thụng o thu c sector no, ta s l a ch n tr ng thỏi úng c t t i u cho cỏc van c a m ch c u ch nh l u nh vo b ng chuy n m ch: U DC Hỡnh 3. S nguyờn lý b chnh lu iu khin theo phng phỏp DPC Khâu đo dòng ớc lợng điện áp hoặc từ thông ảo và công suất tức thời Bảng đóng cắt PI U a U b U c L PWM i a i b i c S a S b S c S a S b S c - - - p q qđặt d q d p pđặt UDCđặ t U DC i a i b Chọn sector Hỡnh 4. Chn sector cho phng phỏp iu khin DPC Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) / Năm 2007 53 Bng 1: Bng chuyn mch cho 12 sector dựng cho phng phỏp iu khin DPC. dp dq Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4 Sector 5 Sector 6 Sector 7 Sector 8 Sector 9 Sector 10 Sector 11 Sector 12 1 0 101 101 100 100 110 110 010 010 011 011 001 001 1 110 111 010 000 011 111 001 000 101 111 100 000 0 0 101 100 100 110 110 010 010 011 011 001 001 101 1 100 110 110 010 010 011 011 001 001 101 101 100 2.2. Mụ t toỏn hc b nghch lu: B nghch lu dựng bin i in ỏp mt chiu thnh xoay chiu ba pha cú th thay i c tn s nh vic thay i qui lut úng ct cỏc van IGBT. in ỏp ti u cc ca mch nghch lu cú th biu din bng: S S 1 w dc u = S . U (5) nờn ta cú : 1A wA dC 1B wB dC 1C wC dC u = S . U u = S . U u = S . U (6) T h p cỏc tr ng thỏi úng ng t c a m ch ngh ch l u 3 pha ta c 8 vec t i n ỏp, trong ú cú hai i n ỏp vec t khụng l U 0 v U 7 0 w0 dc u =S . U (7) Trong ú S w0 l thnh ph n th t khụng c a hm úng ng t Sw : w0 wA wB wC 1 S = (S +S +S ) 3 (8) Thnh ph n i n ỏp th t khụng thụng th ng l cú th b qua vỡ trong h th ng l i i n 3 pha 3 dõy khụng cú ng d n cho dũng i n th t khụng, nờn i n ỏp th t khụng s khụng t o ra dũng i n. Tuy nhiờn n u trong tr ng h p cú hai b ngh ch l u n i song song v i cỏc i m n i tr c ti p c phớa xoay chi u v m t chi u s gõy ra dũng i n th t khụng ch y vũng vỡ xu t hi n ng d n cho nú. Khi ú ta khụng th b qua dũng i n th t khụng c. S nguyờn lý i u khi n b ngh ch l u c mụ t trờn hỡnh 5. Tải Bộ lọc LC Đo lờng Điều chỉnh điện áp Mạch điều chế xung đóng cắt Bộ tạo trễ Uđk Điện áp đặt Hỡnh 5. S nguyờn lý iu khin b nghch lu Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) / Năm 2007 54 3. iu chnh cụng sut t cỏc ngun iu chnh cụng sut qua b bin i PWM ta cú th thc hin bng mt s phng phỏp sau: thay i giỏ tr cun cm u vo b chnh lu; hoc thay i thụng s lut iu khin. 3.1. Phng phỏp 1: thay i giỏ tr cun cm u vo Tht vy ta cú cụng thc biu quan h cụng sut tỏc dng ca b chnh lu vi giỏ tr in cm L nh sau: cq dP L R.P . u dt + = (9) Trong ú: L, R: giỏ tr i n c m, i n tr u vo b ch nh l u PWM : vect t thụng o phớa l i u cq : i n ỏp u ra b i u ch nh dũng: * * Cq Cq Cq I Cq Cq u Kp(i i ) K (i i ).dt = + P: cụng su t tỏc d ng Khi mụ ph ng, ta ó lý t ng hoỏ khi b qua giỏ tr i n tr R, nờn ph ng trỡnh (9) tr thnh: cq dP L . u dt = cq u P dt L = (10) Quan sỏt (10) ta th y giỏ tr i n c m L cng l n thỡ cụng su t tỏc d ng P cng gi m. Tuy nhiờn, n i dung bi bỏo khụng ng d ng i u khi n theo h ng ny. 3.2. Phng phỏp 2: thay i thụng s lut iu khin Cụng su t phớa lu i s thay i khi r ng xung úng c t thay i, bỏm theo nguyờn t c ny ta i nghiờn c u cỏc cụng th c toỏn h c mụ t quan h gi a cụng su t v tr ng thỏi úng c t cỏc nhỏnh van t ú lm c s thi t k cỏc m ch vũng i u ch nh cụng su t phỏt ra t cỏc ngu n c c b khi ph t i tiờu th yờu c u. Cụng su t tỏc d ng c a ngu n phỏt qua b bi n i : a a b b c c p Re{[u .i u .i u .i }= + + a b c a sa a b sb b c sc c 2 2 2 a b c a a a dc a b b b dc b c c c dc c di di di p Re{ R.i L u .i R.i L u .i R.i L u .i } dt dt dt di di di Re{ R.i L.i . f .U .i R.i L.i . f .U .i R.i L.i . f .U .i } dt dt dt = + + + + + + + + = + + + + + + + + Khi b bi n t n lm vi c xỏc l p thỡ cú th xem nh khụng cú s bi n thiờn v dũng i n nờn di 0 dt = , ta cú: ( ) ( ) ( ) 2 2 2 a a dc a b b dc b c c dc c p Re{ R.i f .U .i R.i f .U .i R.i f .U .i }= + + + + + T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) / N¨m 2007 – 55 ( ) ( ) 2 j240 j240 j120 dc wa wb wc wb wa wc U .I Re{R.I .(1 e e ) (2.s (s s ) 2s (s s e 3 − − = + + + − + + − + j120 wc wa wb wa wb wc (2s (s s )e } A B.f(s ,s ,s ) + − + = + (11a) Công suất phản kháng của nguồn phát qua bộ biến đổi : Tương tự ta có: a a b b c c q Im{[u .i u .i u .i }= + + = wa wb wc C D.f (s ,s ,s )+ (11b) Tuy nhiên, trọng tâm bài báo chỉ ứng dụng phương pháp thứ 2. 4. Kết quả mô phỏng Trên hình 6 : mô phỏng điện áp đầu ra của biến tần có dạng hình sin Hình 6. Điện áp đầu ra của biến tần ứng với thời gian đóng cắt t dc = 10 -6 s Hình 7. Công suất tác dụng lưới nhận được khi thay đổi độ rộng xung P 2 P 1 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) / Năm 2007 56 Trờn hỡnh 7 v hỡnh 8: cho thy khi thay i thụng s lut iu khin ta iu chnh c cỏc lng cụng sut tỏc dng v cụng sut phn khỏng t cỏc ngun cc b ỏp ng cho li yờu cu. iu ny ỳng vi mụ hỡnh toỏn hc (11a),(11b). 5. Kt lun Kt qu mụ phng theo Matlab, Simulink v phn mm Plecs, hon ton ó chng t cú th iu khin cỏc lng cụng sut P; Q phỏt ra t cỏc ngun in cc b cung cp cho ti . Túm tt Bi bỏo gii thiu mt trong nhng u im vt tri ca b bin i hin i PWM l kh nng truyn cỏc thnh phn cụng sut theo c hai hng, cú iu chnh h s cos theo mong mun, c tỏc gi ng dng vo iu khin cụng sut gia cỏc ngun in cc b cung cp nng lng cho li in chung. Summary This article introduces once of the salient strongpoints of modern converter PWM (pulse-width modulations) that capacity transmistion elements power to two direction, to adjust coefficient of cos as desire. It is appied to control power between local souces to supply for general gird by author. Ti liu tham kho [1]. Vừ Minh Chớnh, Phm Quc Hi, Trn Trng Minh. in t cụng sut.Nh xut bn Khoa hc v K thut H Ni 2007. [2]. Abhijit D. Pathak. MOSFET/IGBT Driver Theory and Applications. Ixys Application Note AN- 0002, 2001. [3]. Nguyn Phựng Quang. iu khin t ng truyn ng in xoay chiu ba pha. Nh xut bn Giỏo dc 1998. [4]. Tp chớ t ng hoỏ ngy nay-Chuyờn san K thut iu khin t ng nm 2006 v nm 2007. [5]. i hc Bỏch Khoa H Ni. Hi ngh khoa hc ln th 20 nm 2006. Hỡnh 8. Cụng sut phn khỏng li nhn c khi thay i rng xung Q 2 Q 1 . trờn hỡnh 5. Tải Bộ lọc LC Đo lờng Điều chỉnh điện áp Mạch điều chế xung đóng cắt Bộ tạo trễ Uđk Điện áp đặt Hỡnh 5. S nguyờn. )e } A B.f(s ,s ,s ) + − + = + (11a) Công suất phản kháng của nguồn phát qua bộ biến đổi : Tương tự ta có: a a b b c c q Im{[u .i u .i