Mạch điều khiển bù công suất phản kháng

BỘ GIÁ ÁO DỤC VÀ V ĐÀO TẠO T TRƯỜ ỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Ệ TP HCM M PH HẠM TR RẦN HO OÀNG QUÂN Q MẠ ẠCH ĐIỀU Đ KHIỂN K N BÙ CÔNG C SUẤT T PH HẢN KH HÁNG G LUẬN N VĂN THẠC C SĨ C Chuyên ngành: n K thuậtt điện Kỹ Mã sốố ngành:6052020 02 T HỒ CH TP HÍ MINH, tháng t năm m 2015 BỘ GIÁ ÁO DỤC VÀ V ĐÀO TẠO T TRƯỜ ỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Ệ TP HCM M PH HẠM TR RẦN HO OÀNG QUÂN Q MẠ ẠCH ĐIỀU Đ KHIỂN K N BÙ CÔNG C SUẤT T PH HẢN KH HÁNG G LUẬN N VĂN THẠC C SĨ C Chuyên ngành: n K thuậtt điện Kỹ Mã sốố ngành:6052020 02 CÁN BỘ Ộ HƯỚN NG DẪN KHOA K HỌ ỌC:TS NGUYỄN N MINH TÂ ÂM T HỒ CH TP HÍ MINH, tháng t năm m 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN MINH TÂM Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 16 tháng năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ tên Chức danh Hội đồng PGS TS Lê Hữu Sơn Chủ tịch TS Nguyễn Thanh Phương Phản biện PGS TS Ngô Cao Cường Phản biện TS Võ Hoàng Duy Ủy viên TS Nguyễn Hùng Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày25tháng3 năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM TRẦN HOÀNG QUÂN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 11/12/1987 Nơi sinh:Lâm Đồng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV:1341830024 I- Tên đề tài: “Mạch điều khiển bù công suất phản kháng” II- Nhiệm vụ nội dung: Tính toán, mô chế tạo thực nghiệm mạch điện tử, điều khiển bù công suất phản kháng Lắp máy phát xoay chiều ba pha bốn dây không đồng bộ, rotor lồng sóc, sở bù tĩnh, đóng cắt không tiếp điểm, kiểm soát vi xử lý III- Ngày giao nhiệm vụ:25/3/2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/6/2015 V- Cán hướng dẫn:TS NGUYỄN MINH TÂM CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS NGUYỄN MINH TÂM KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin khoa học trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn PHẠM TRẦN HOÀNG QUÂN ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn tri ân: - TS NGUYỄN MINH TÂM tận tình giảng dạy, hướng dẫn khoa học tạo điều kiện thuận lợi cho thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn - Ban Giám Hiệu Quý Thầy, Cô giảng dạy, hướng dẫn suốt trình học tập Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM - Ban Giám Hiệu Quý Thầy, Cô Phòng thí nghiệm điện điện tử, Trung tâm ứng dụng kỹ thuật chuyển giao công nghệ -Trường Đại học Tiền Giang tạo điều kiện để lắp đặt thử nghiệm điều khiển ghi số liệu suốt trình thực luận văn - Công ty TNHH MTV Thiết Bị Điện công nghiệp Toàn Cầu Việt hỗ trợ nguồn kinh phí linh kiện xây dựng mô hình thực nghiệm - Và tất anh, bạn học viên lớp, người thân giúp đỡ, đóng góp ý kiến, động viên suốt thời gian học tập Trân trọng Tp.HCM, ngày 10 tháng năm 2015 PHẠM TRẦN HOÀNG QUÂN iii TÓM TẮT Trong năm gần đây, máy phát điện cảm ứng kiểu rotor lồng sóc (Squirrel Cage Induction Generator - SCIG) dùng phổ biến vùng xa xôi điện lưới quốc gia, việc tạo điện máy phát nhất, từ tận dụng nguồn lượng gió, khí biogas, đặc biệt công trình khơi, hàng chục nghìn tàu đánh bắt hải sản xa bờ.Thông thường, vận hành SCIG chế độ tải không đổi, điện áp tần số ổn định Nếu cách ly SCIG với tải không cân phi tuyến, lúc điện áp pha dòng qua stator cân bằng, xuất sóng hài bậc cao Điều làm tăng tổn thất công suất, gây cân nhiệt tạo moment rung động lên trục máy Mất cân dòng ba pha kết xuất dòng cảm ứng dây trung tính có liên quan đến mát công suất tăng nhiệt máy Nó nguyên nhân gây suy giảm tuổi thọ thiết bị điện Vì vậy, bù công suất phản kháng giải pháp làm giảm tổn thất điện năng, nâng cao khả hoạt động SCIG sử dụng Trong phạm vi nghiên cứu, sử dụng IGBT (Transistor có cực điều khiển cách ly) kiểm soát cường độ dòng pha, thông quabộ biến đổi nguồn áp mắc song song (phương pháp gọi bù tĩnh), nhằm tăng công suất phản kháng máy phát để trì điện áp thay đổi không cân tải Hơn nữa, loại bỏ sóng hài Một mô hình nghiên cứu gồm: máy phát kiểu SCIG 2.2 kW lắp mạch bù tĩnh,điều khiển điện tử, dẫn động động Diesel 15.5 HP thực Việc giúp dự đoán, kiểm chứng tính hoạt động hệ thống Kết mô thực nghiệm cho thấy phương pháp bù tĩnh sở biến đổi nguồn áp, trì điện áp phát ổn định loại bỏ sóng hài, tải đặt lên máy phát không cân Hơn nữa, điện áp tần số hệ thống thỏa mãn tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điện Chính phủ Việt Nam Kết nghiên cứu góp phần cải thiện đặc tính làm việc, cải thiện hiệu suất máy phát cảm ứng kiểu rotor lồng sóc iv ABSTRACT The squirrel cage-type induction generators (SCIG) have emerged in these recent years as a suitable candidate in remote areas where this machine can be driven using a wind turbine, a diesel engine or small hydro plants, specially applying for several far boats Normally, in this last application, the SCIG generates constant voltage and frequency because it is operating at constant load power When an isolated SCIG feeds unbalanced loads, the three-phase terminal voltage and stator currents are also unbalanced and may appear harmonics These increase the power losses, create unequal heating and cause torque pulsation on the shaft of the generator The unbalanced three-phase currents yield a current in the neutral conductor that involves more power losses and heating Also, these causes reduce longevity of loads Therefore, reactive power compensation solution reduces power losses and improve operational capabilities of SCIG has been used This study deals with a three-phase four-wire insulated gate bipolar transistor (IGBT) based current controlled voltage source inverter known as static compensator is used for harmonic elimination It also provides the required reactive power an SEIG needs to maintain a constant terminal voltage under varying loads A research model of SCIG addible static compensative electronic controller (SCEC) driven by Diesel engine was setup This enables us to predict the behavior of the system under transient conditions The simulated and experimented results show that by using a SCEC based voltage regulator the SCIG terminal voltage can be maintained constant and free from harmonics under balanced/unbalanced loads Furthermore, voltage and frequency of this model satisfy standards specified power quality of the Vietnamese Government The results obtained in this study contribute to improve performance of induction generators v MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II TÓM TẮT III DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT – KÝ HIỆU VIII DANH MỤC CÁC BẢNG IX DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ - ĐỒ THỊ - SƠ ĐỒ - HÌNH ẢNH X CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .1 1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .2 1.3 GIẢ THUYẾT NGHIÊN CỨU 1.4 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: 1.6 PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC 1.8 KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU 1.9 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.10 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ[13][14][19] 2.1.1 Máy phát điện không đồng kiểu lồng sóc - SCIG 2.1.2Máy phát điện không đồng kiểu dây quấn .9 2.1.3 Máy phát điện không đồng kích từ kép .13 2.2TÍNH TOÁN MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ[14] 15 2.3 NHẬN XÉT VỀ MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ[14] .21 2.4 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN MÁY PHÁT SCIG 23 vi 2.5CÁC PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN SCIG 25 2.5.1 Theo cấu trúc biến đổi công suất 25 2.5.2 Theo sơ đồ mắc hệ thống mạch bù vào dòng máy phát 26 2.5.3 Theo nguồn cung cấp cho tải 27 2.5.4 Theo thiết bị phát công suất phản kháng: 29 2.5.5 Theo phương pháp kết hợp 29 2.6 KẾT LUẬN 33 2.6.1 Về lý thuyết 33 2.6.2 Về khả ứng dụng .34 CHƯƠNG TÍNH TOÁN - MÔ HÌNH TOÁN HỌC-MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BÙ TĨNH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG .35 3.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG BÙ TĨNH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 35 3.2TÍNH TOÁN THIẾT KẾ .38 3.2.1 Tính toán máy phát không đồng rotor lồng sóc - SCIG 38 3.2.2 Tính toán hệ thống điều khiển bù công suất phản kháng 40 3.3 MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG BÙ TĨNH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG .46 3.4 MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB SIMULINK .48 3.5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 51 3.6 NHẬN XÉT 54 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 56 HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG .56 4.1SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 58 4.2 CÁC CẢM BIẾN THU NHẬN DỮ LIỆU 59 4.2.1 Cảm biến điện áp pha tải 59 4.2.2 Cảm biến tần số dòng điện tải 61 4.2.3 Cảm biến dòngtrên pha máy phát tải 62 4.2.4 Cảm biến tốc độ động 63 4.2.5 Cảm biến vị trí bướm ga 64 4.3 GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 65 855 Hình 4.299 Các loạii tụ điện đư ược dùng t thựcc nghiệm Hình 4.30 (A A)-Bộ tụ AC A 40 µF DC 4700 µF (B))-Bộ tạo tảải Hình 4.311 Kiểm tramạch điệện tử xử lýý – tính toáán hệệ thống điềều khiển 86 CHƯƠNG KẾT QUẢ - THẢO LUẬN Nội dung: Sau thiết kế chế tạo hoàn thiện mô hình thực nghiệm nêu, tiến hành vận hành chế độ khác nhằm đánh giá hoạt động hệ thống Một số kết đạt nêu chương Phương pháp bố trí xử lý số liệu: - Mỗi thí nghiệm lặp lại lần Số liệu cuối trung bình cộng lần đo Xử lý liệu thô phần mềm Excel Vẽ đồ thị phần mềm Origin 8.0 (OriginLab Corporation) - Phương pháp ghi liệu: Các thông số ghi tự động từ cảm biến thông số thứ cấp có từ tính toán quy đổi, ECU truyền máy tính dạng chuỗi qua mạch giao tiếp RS232 Trên máy tính lập trình phần mềm Visual Basic để đọc chuyển liệu sang định dạng number trước lưu trữ Tần suất ghi mẫu cảm biến truyền liệu máy tính 50 ms/lần Thời gian ghi mẫu truyền liệu phép đo lớn, điều ảnh hưởng đến tính “tức thời” số liệu Tuy nhiên, kết cấu phần cứng mạch xử lý (tần số dao động tối đa thạch anh, tốc độ xử lý, tốc độ mã hóa mạch RS232…) không cho phép rút ngắn việc - Đối với tín hiệu điện áp cường độ dòng xoay chiều, kết cấu mạch đo, nên liệu thu được lọc nhiễu cộng trung bình (bằng phần cứng kết hợp với hàm lọc phần mềm) calibrate dụng cụ đo chuẩn đưa giá trị hiệu dụng Vì thế, giá trị đo tính quy đổi sang hàm xoay chiều theo công thức: vabc (t )  2Vabc sin(2 ft ) (5.1) inabc (t )  I nabc sin(2 ft ) (5.2) Do đó, biễu diễn số liệu đo theo phương thức không quan sát nhiễu sóng hài, chúng đánh giá dao động ký (Oscilloscope) - Phụ thuộc vào thời gian vi xử lý lấy mẫu, nên giá trị đo tức thời không thời điểm lấy mẫu, nội suy phần mềm (nội suy spline) Xây dựng đường biểu diễn đặc tính điện áp máy phát Vs, cường độ dòng qua stator is, cường độ dòng tải il, công suất hữu dụng P, công suất phản kháng Q ứng với trường hợp khác Bao gồm: 877 v SC CIG Ảnh hưởng tốốc độ rotorr đến đặc tính làm việc * Khhi thực nghhiệm với điiện dung tụụ Csh = 35 µF, máy phát p chếế độ không g tảải, tiến hàn nh tăng dầnn vận tốc rotor Nhậận thấy điệện áp stator hìnhh thành vàà tăăng dần, đạạt trạng tháái ổn định 300 V, khhi rotor 20053 rpm Thhời gian đểể đạt trạng g thhái mấtt 2.2 s Hìnnh 5.1 biểuu diễn hìình thành điện đ áp n stator khii Hình 5.1 Sự hình thành điện đ áp trêên stator khhi tăng dầnn vận tốc rotor r * Khi thực nghiiệm với tảii 50 Ω tự t cảm 50 mH m Điện dung d tụ Cshh g phha 35 µF Không K kíchh hoạt điềuu khiển PW WM biến đổi dòng d áp Thhay đổi tốcc độộ rotor, gồm m hai trườnng hợp: - Thiết lập tốc đđộ điều tốcc tham chiếếu cho độnng 1775 rpm, tươnng ứng vớii tốốc độ rotor 3050 rpm Biểu diễnn hoạt độngg SCIG G thểể Hìình 5.2.A - Thaay đổi tốc độ đ điều tốcc tham chiiếu cho độnng mức m 1891 rpm, rp tương g ứnng với tốc độ rotor 32250 rpm Biểu B diễn hoạt h động k thể h Hìnhh 5.2.B Khi quan q sát biiễu diễn củ đặc tính g khoảng th hời gian 0.2 giây (từ thhời điểm giây đến 5.2 giây), tảải đưaa vào lúc 4.5 giây Qu ua nhậnn thấy: - Khii tăng tốc độ đ từ 3050rpm lên 32250rpm, vớ ới mứ ức tải trọngg (50 Ω vàà tự ự cảm 50 mH), m mức m điện dung d tụụ (35 µF), công suất phản khánng tăng rấtt lớ ớn kh hoảng (-8000 ÷-1200))Var, hình 5.2-B B, so với (-170 ( ÷-2000)Var củaa hìình 5.2-A - Tốcc độ rotor tăng điiện áp pháát tăn ng theo tươ ơng ứng vớ ới dòng từ hóóa Khi cảm m ứng từ đạt đ trạng thhái bão hòaa điện áp p sinh có ó giá trị ổnn định Tần n sốố biến b đổi dòòng áp cũnng tăng rấtt lớn cường c độ dòng d điiện áp n sttator tăng d ảnh hư ưởng s tăng tốc độ rotor (H Hình 5.2-A A so với Hình 5.2-B) 888 (A)-Tốc độộ rotor 30500 rpm (B)-Tốc độ rootor 3250 rppm Cùng giá g trị tụ Csh=35 µF Hình 5.2 Biểu diễnn đặc tính t làm viiệc SC CIG thaay đổi tốc độ rotor 899 t đến đặcc tính làm việc SCIG S Ảnh hưởng điện dung tụ Thựcc nghiệm với v trường hợp giữ nguyên n tốc độ rotor 3250 rpm Tăng điện n duung tụ Csh từ ừng pha lên n 40 µF Hình H 5.3 biểểu diễn cácc đường đặặc tính làm m viiệc So sánh với v điện dung d 35 µF Fcủa trườnng hợp (H Hình 5.2B B) với điện n duung 40 µF (Hình 5.3)), haii có cùùng tốc độ rotor Nhận n thấy: - Côn ng suất phảản kháng tăng t nhiềuu kho oảng (-10000 ÷-1300)V VAr Công g suuất hữu dụnng tănng theo Điiện áp mộtt chiều quaa tụ DC đạtt 400V sau 10 giây - Khii tăng tụ từ 35µF lênn 40µF, dòòng qua staator máy phát bị biến dạng g soo với hàm sin, s tương ứng với đóó giảm tần số Xảyy điều nàày xuuất từ trễ so với dò òng từ hóa bão hòa, d tác dụnng tụ Tải 50 Ω tự cảảm 50 mH Rotor 3250 rpm Tụ 40µF Hình 5.33 Biểu diễễn đặcc tính làm việc v SCIG S tăăng điện dung d tụ 900 ng mạcch điều kh hiển bù tĩn nh đến đặcc tính làm việc SCIG S Tác dụn * Th hực nghiệm m với tốc độ đ rotor 32250 rpm Tải 600 W công suất phản n khháng 500 VAr V Kích hoạt h mạchh bù tĩnh hooạt động, vi v xử lý cấp xung PWM đến n cáác IGBT để đ điều khiiển tụ Cdc mạch biến b đổi dòòng áp Tầần số sóng mang củaa xuung PWM 20 kHz Hằng H số trêên vòng PI điều khiển n điện áp v vòng PI tần số lầnn lư ượt K P _ V  K P _ f  21, K I _ V  K I _ f  12 Điện Đ dung tụ Cdc= 47700 µF Hình 5.4 biểu diễn d đặặc tính làm việc máy m phát thời điểm 17 đến 18 giiây Nhận thấy, tronng trường hợp công suấtt phản khááng dao động đ g khhoảng (50 ÷ -70) Vaar Cường độ dòng trrên stator đ không bị b méo biên dạng g tuuần hoàn ph hục hồi trở lại theo hààm sin (so với hình 5.3) Điện áp stattor 320V Tải 600W vàà Q = 500 VAr VA Rotor 32 250 rpm Tụ Csh=40 µF Cdc=4700 µF K P  21,, K I  12 H Hình 5.4 Biểu diễn đặc tíính làm việệc SCIIG táác dụng củủa bù tĩnh 911 Qua hình h 5.4, d tác dụụng mạạch biến đổổi dòng áp, dòng qua stator mặcc k kháá dùù trở lạii biên dạngg hàm sin, nhhiên dao độộng dòòng áp lớ ớn khoảng (6.8÷9.5)% % * Thự ực nghiệm m giảm số tỷỷ lệ K P _ V  K P _ f  177, 0.8 lần so vớii thhí nghiệm trước), t giữ ữ nguyên K I _ V  K I _ f  12 Việcc nhằm m giảm bớt độ lợi củaa điiều khiển Hình 5.5 biểu diễn đặc tínnh làm việệc máyy phát khii Nhận n thhấy, cườngg độ dòng t stator giảm dao động nhiều n kh há gần với dạng hàm m siin Đồng thhời điện ápp duyy trì mức 325V, dao động điện áp xung quanh q mứcc xáác lập khoảảng 5.6% Khi dòng hạạn chế bớt dao động sóng hàài công g suuất phản khháng trường hợ ợp cũngg tăng lên Tảải 600W Q = 500 VArr Rotor 32500 rpm Tụ Cssh=40 µF Cdc=4700 C µF F KP = 17, KI = 12 H Hình 5.5 Biểu diễn đặc tíính làm việệc SCIIG giảảm sốố tỷ lệ KP 922 ng mạcch điều kh hiển bù tĩn nh gia tải thoá át tải Tác dụn * Khii gia tải: Thựcc nghiệm với v tốc độ rotor r 3250 rpm Kíchh hoạt mạcch bù tĩnh hoạt h động,, cấấp xung PW WM đến cáác IGBT để đ điều khiiển tụ Cdc v mạch biiến đổi dònng áp Tần n sốố sóng manng xunng PWM 20 kHz Hằng số vòng PI điều đ khiển điện áp vàà vòòng PI tầnn số lần lư ượt K P _ V  K P _ f  17, K I _ V  K I _ f  12 Điện dunng tụ Cdc= 47700 µF Tiiến hành gia g tải 600 W côngg suất phảnn kháng 5000 VAr lênn hệ thống H Hình 5.6 biểểu diễn giáá trị trung bình tần t sốfl điện áp phaV p p “a” màà ltrên pha m máy phát đãã ứng xử khhi Hình h 5.6 Điệnn áp tầnn số máy phhát giaa tải Khi gia g tải, tốc độ động c sụt giảm m, mặt kháác ảnhh hưởng củủa việc bù ù côông suất phhản kháng cho tải, nêên kéo giảm m tần số vàà điện áp ph hát ra: - Giáá trị tần số: + fl_min = 48.4 (Hz) + fl_max = 50.5 (Hz)) + Biên độ đ dao động g: fl  500.5 1.6 ( Hz ) + Độ vọtt lố: % + Thời gian g xác lậpp: 3.25 (s) + Sai số xác lập: fl  500.15 0.15 ( Hz ) 933 - Giáá trị điện ápp: + Vl_min = 209.5 (V V) + Vl_max = 228.5 (V V) + Biên độ đ dao động g: Vl  2208.5 10.5 (V ) + Độ vọtt lố: 3.86 % + Thời gian g xác lậpp: 3.25 (s) + Sai số xác lập: Vl  2201.5 1.5 (V ) * Khi thoátt tải: Ngắt đột ngột tải t khỏi hệ thống máy m phát thời điểm m giây 1500, Hình 5.7 biiểu diễn tần n số fl điện đ áp Vl máy m phát khhi đó: Hình h 5.7.Điện áp tần số máy ph hát giaa tải - Giáá trị tần số: + fl_min = 49.75 (Hzz) + fl_max = 50.5 (Hz)) + Biên độ đ dao động g: fl  50000.5 0.25 (Hz ) + Độ vọtt lố: % + Thời gian g xác lậpp: 2.5 (s) + Sai số xác lập fl  500.15 0.15 ( Hz ) 94 - Giá trị điện áp: +Vl_min= 216 (V) + Vl_max= 232.5 (V) + Biên độ dao động: Vl  22012.5 (V ) + Độ vọt lố: 5.68 % + Thời gian xác lập: 2.5 (s) + Sai số xác lập: Vl  2201.5 1.5 (V ) Qua thực nghiệm nhận thấy: - Ở chế độ gia tải thoát tải biên độ dao động tần số điện áp lớn Mặc dù, hệ thống điều khiển bù tĩnh tác động tích cực lên thông số ngõ Tuy nhiên, chất lượng đạt không cao tốc độ rotor hai giai đoạn sai lệch nhiều 5.5 Nhận xét Qua thí nghiệm, phân tích ảnh hưởng tốc độ rotor điện dung tụ mạch bù tĩnh công suất phản kháng, đến đặc tính máy phát SCIG Hơn nữa, qua nhận thấy tác dụng mạch bù tĩnh điều khiển vi xử lý Theo đó: - Ảnh hưởng tụ: Điện dung tụ mạch bù phải tăng tương ứng phù hợp với tốc độ cụ thể rotor, lúc tần số không đổi Sự hình thành điện áp phát nhanh tăng trị số tụ Đồng thời giá trị điện áp stator đạt ổn định công suất phản kháng tăng Tuy nhiên, trị số tụ lớn làm méo dạng dòng stator làm giảm tần số - Ảnh hưởng tốc độ rotor: Khi cố định điện dung tụ, tăng tốc độ rotor tần số điện áp tăng - Tần số máy phát điều khiển cách thay đổi số vòng hồi tiếp PI - Mạch biến đổi dòng áp điều khiển xung PWM, máy phát kênh chiều DC, cung cấp công suất phản kháng bơm vào lưới điện máy phát không đồng kiểu lồng sóc 95 - Với mạch bù tĩnh, giám sát vi xử lý thiết kế, tải ổn định, điện áp máy phát giữ gần số, biên độ dao động 0.68%, hạn chế méo dạng dòng stator, dòng gần dạng với hàm sin Mặt khác, qua quan sát osscillocope nhận thấy sóng hài bậc cao ký sinh dòng qua stator triệt tiêu Tại thời điểm thay đổi tải (đóng tải/thoát tải), ứng xử máy phát: + Lúc đóng tải: điện áp giảm 4.77%, xác lập 220V sau 3.25 giây + Lúc thoát tải: điện áp tăng 5.68%, xác lập ổn định sau 2.5 giây - Vòng điều khiển PID tác động lên mạch điều tốc động hoạt động hiệu quả, sai lệch số vòng quay động lớn (-5.3% ÷ + 3.9% gia tải 2.2% ÷ 6.1% thoát tải) Sở dĩ sai lệch tốc độ lớn phụ thuộc vào trình cháy/nổ nhiên liệu bên động cơ, bướm ga điều khiển linh hoạt thông minh, diễn biến cháy môi chất bên làm động khó đáp ứng vận tốc tức thời tải biến động - Khi gia tải thời gian xác lập trạng thái ổn định kéo dài (3.25 giây) so với thoát tải (2.5 giây) Nguyên nhân quán tính cấu khí bên động quán tính rotor gây ra, chúng làm vận tốc tăng nhanh thoát tải đột ngột, nhược điểm động đốt thay đổi phụ tải lên trục máy - Chất lượng điện áp có dao động lớn, nhiên chấp nhận, gần đạt với tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điện Chính phủ Việt Nam (Nghị định 105/2005/NĐ-CP quy định chất lượng điện năng) 96 CHƯƠNG KẾT LUẬN Trên sở kế thừa kết khoa học công bố, đề tài nghiên cứu thiết kế, mô chế tạo khảo nghiệm mạch bù công suất phản kháng cho máy phát điện không đồng rotor lồng sóc Cụ thể: - Xây dựng mô hình bù tĩnh công suất phản kháng sở thiết lập mạch biến đổi dòng áp, điều khiển xung PWM đặt mạch xoay chiều máy phát không đồng kênh bù chiều tụ DC Qua thực nghiệm, mạch hoạt động ổn định, chất lượng điện phát chấp nhận theo tiêu chuẩn đánh giá điện Chính phủ Việt Nam.Hơn nữa, hệ thống hoạt động tốt tải tuyến tính lẫn phi tuyến, cân lẫn không cân bằng.Mặt khác, dòng pha dây, dễ dàng chọn lựa theo nhu cầu tiêu thụ điện người sử dụng Điều cho thấy, mô hình chọn lựa giải thuật điều khiển thực hợp lý, khai thác, tối ưu hóa thuật toán nhằm hoàn thiện hướng nghiên cứu - Xây dựng đặc tính làm việc máy phát không đồng ảnh hưởng trị số điện dung mạch bù ảnh hưởng thay đổi tốc độ rotor - Xây dựng hệ thống điều tốc kiểm soát vi xử lý theo thuật toán PID, lắp động Diesel - Xây dựng mô hình kiểu mẫu (gồm động cơ, máy phát không đồng bộ, mạch bù công suất phản kháng, hệ thống điều khiển điện tử), sử dụng nghiên cứu, thực nghiệm… máy phát điện không đồng Nhìn chung, đề tài cung cấp giải pháp điều khiển kết hợp lúc động máy phát không đồng bộ, với giải thuật đại Kết nghiên cứu đạt làm sở thiết kế để hoàn thiện chuyển giao, nhằm đáp ứng mong mỏi hàng triệu phương tiện hoạt động vùng sâu, vùng xa, vùng thời tiết khắc nghiệt,… cần điện tiêu thụ mà điện lưới quốc gia vươn tới Tuy nhiên, thời gian, trình độ, kinh phí…còn hạn chế, đề tài tồn vấn đề chưa giải quyết: - Các thông số vòng hồi tiếp PI, PID xây dựng sở dò tìm theo kinh nghiệm đánh giá kết tín hiệu Do đó, thông số chưa thực 97 tối ưu hệ thống Hơn việc dò tìm theo “Trial And Error Method” nhiều thời gian, nhiều giải pháp tốt để xác định thông số PID - Theo giải thuật dùng, tần số ngõ máy phát thay đổi theo độ lợi (hằng số KP, Ki) vòng hồi tiếp sử dụng, xây dựng mô hình điều khiển chung ứng với máy phát SCIG khác nhau, thông số tải khác nhau, theo phương pháp nhân đồng dạng, mà thực nghiệm riêng lẻ hệ thống cụ thể Điều làm nhiều thời gian công sức, nhược điểm mô hình chọn lựa Vì thế, thay vòng PI giải thuật đại như: điều khiển thích nghi (Adaptive Controller) giải thuật logic mờ (Fuzzy Logic) chất lượng điều khiển tốt hơn, đáp ứng vấn đề nhân rộng mô hình - Chưa xây dựng hàm mô tả ảnh hưởng tần số sóng mang cấp xung PWM điều khiển IGBT, đến đặc tính làm việc mạch điều khiển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A.A Jimoh and Ojo (1999) Self-excitation in pwm inverter excited singlephase induction generator IEEE AFRICON [2] A Cavini, F Ronchi and A Tilli (2010), Four-wires shunt active filters: optimized design methodology Conference of the Industrial Electronic, Canada [3] A.K Al Jabri and A.I Alolah (1990) Capacitance requirement for the isolated self-excited induction generator IEE Proceedings Part B [4] E Muljadi, J Sallan, M Sanz, and C.P Butterfield (1999) Investigation of self-excited induction generators for wind turbine applications Conference Record of the 37th IEEE Industry Applications Society Annual Meeting [5] E Levi (1994) Applications of the current state space model in analyses of saturated induction machines Electr Power Syst Res., 1994 [6] H Frank and B Landstrom (1971) Power-factor correction with thyristorcontrolled capacitors ASEA Journal [7] L Gyugyi (1979) Reactive power generation and control by thyristor circuits IEEE Transactions on Industry Applications, IA-15(5) [8] L Tamas, Z Szekely (2008) Modeling and Simulation of Induction Drive with Application to a Small Wind Turbine Generator, IEEE [9] L Wang and J Su (1999) Dynamic performance of an isolated self-excited induction generator under various loading conditions IEEE Transactions on Energy Conversion [10] M.A Al-Saffar, E Nho, and T.A Lipo (1998) Controlled shunt capacitor self-excited induction generator The 1998 IEEE Thirty-Third Industry Applications Society Annual Meeting, 1998 [11] Milton E de Oliveira Filho, Jonas R Gazoli, Alfeu J Sguarezi Filho, Ernesto Ruppert Filho (2008) A Control Method for Voltage Source Inverter Without Dc Link Capacitor IEEE [12] Maxwell Myers (2012) Control of inverter-assisted single-phase induction generators Master of science, The university of Utah [13] P.C Krause (1986) Analysis of electric machinery McGraw-Hill, New York [14] P L Alger (1970) Induction Machines - Their Behavior and Uses Gordon and Breach Science Publishers –Second edition, New York [15] S.C Kuo and L Wang (2001) Analysis of voltage control for a self-excited induction generator using a current-controlled voltage source inverter (ccvsi) IEE Proceedings- Generation, Transmission and Distribution [16] Steven Carl Englebretson (2005) Excitation and Control of a High-Speed Induction Generator Massachusetts Institute of Technology, USA [17] S K Jain, P Agarwal and H O Gupta (2002) Fuzzy logic controlled shunt active power filter for power quality improvement Gordon and Breach Science Publishers - Second edition, New York [18] S.N Bhadra, K Venkata Ratnam, and A Manjunath (1996) Study of voltage build up in a self-excited, variable speed induction generator / static inverter system with d.c side capacitor In Proceedings of the 1996 International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems for Industrial Growth, volume IEEE [19] Vũ Gia Khanh (1995) Máy điện tập NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [20] S N Bhadra, K V Ratnam, and A Manjunath (1996) Study of Voltage Build up in a Self Excited, Variable Speed Induction Generator/Static Inverter System With D.C side Capacitor IEEE Conference on Power Electronics, Drives and Energy System, Vol 2, No.1 [21] S M Ramsay, P E Cronin, R J Nelson, J Bian and F E Menendez (1996) Using distribution static compensators (D-STATCOMs) to extend the capability of voltage-limited distribution feeders Proceedings of IEEE Rural Electric Power Conference, Fort Worth, TX, USA [22] Salama M H and Holmes P G., (1996).Transient and steady-state load performance of stand alone self-excited induction generator Proceedings, IEE-Elect Power Applicat., Vol.143, No [23] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, (2006) Điện tử công suất NXB NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [24] Z Mateo Vukal, Mijenko Bob, (2010) Fuzzy Logic vs Classical PI Voltage Controller for aSelf-Excited Induction Generator Faculty of Electrical Engineering, Mechanical Engineering and Naval Architecture University of Split Croatia ... bộ, công suất khoảng 3-5 KVA có sử dụng mạch điều khiển bù công suất phản kháng điện tử 1.5 Nội dung nghiên cứu: Tính toán, mô chế tạo thực nghiệm mạch điện tử, điều khiển bù công suất phản kháng. .. MSHV:1341830024 I- Tên đề tài: Mạch điều khiển bù công suất phản kháng II- Nhiệm vụ nội dung: Tính toán, mô chế tạo thực nghiệm mạch điện tử, điều khiển bù công suất phản kháng Lắp máy phát xoay chiều... thống bù tĩnh công suất phản kháng thực nghiệm 58  Hình 4.4 Sơ đồ hệ thống điều khiển bù tĩnh công suất phản kháng 59  Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch đo điện áp tần số pha tải 61  Hình 4.6 Sơ đồ mạch