Điều khiển bộ nghịch lưu nối lưới trong mạng điện phân phối (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRẦN QUANG THỌ ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 62520202 Tp Hồ Chí Minh - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng10 năm 2017 Tác giả luận án Trần Quang Thọ Tóm tắt INTRODUCTION Project Motivation The demands of the renewable energy sources coming from the sun and wind are increasing due to the high sustainability and enormous benefits of the green environment However, several drawbacks are also shown in the system Tapping into those energy sources and connecting them to the power network could begin the electricity generation, which is to provide the sufficient energy for human living To provide the good quality and affordable price to the energy users, this research aims at improvement of the system power quality and meeting industry rigorous standards of performance and stringent government regulations Grid-connected inverter is typically designed from the power semiconductor materials With the new and improved design, the grid-connected inverters could contribute to the reduction of harmonics in grid-connected inverters therefore improve the power system quality This thesis presents the new design, development & performance analysis of the Grid-connected inverter to ensure lower current harmonics in the power network and further improve the quality of the power system Objectives Basing on the analysis of mathematical model of current ripples, the author has studied and proposed the four key solutions to reduce harmonics for grid-connected inverters as follows:  A new modulation technique with the variable switching cycle in each half of the fundamental period uses a genetic algorithm results in no increase in switching loss and hardware  An improved strategy for estimating quickly and accurately the fundamental grid voltage parameters relies on the Levenberg-Marquardt algorithm integrated with feedback from outputs to update initial parameters for enhancing the synchronization quality  A maximum power point-tracking technique which uses a variable increment to deal with the DC voltage ripples of grid-connected photovoltaic inverters  An optimum method for determining the coefficients of current controller based on the Particle Swarm Optimization method which is a key tool to improve results and save money, time, and effort Scope and limitation In this thesis, the author focuses on the modulation techniques, the estimation of fundamental grid voltage parameters using phase-locked loop for synchronization, the reduction of DC voltage ripples, and the optimal detection of controller coefficients The project research consists of one-phase and three-phase two-level grid-connected photovoltaic inverter systems with small and medium scales for their popular application i Tóm tắt The operating conditions of active and reactive power control are considered quantitatively to validate the performance of the solutions The concept “optimum” in the thesis is comprehended to achieve the best possible results by comparing with those of the existing methods Approach and research methodology The thesis relies on the mathematical model of current ripples to identify the root causes of harmonics Based on the scientific evidence and systematically collected data, the author proposed the four key methods to reduce harmonics of grid-connected inverters The performance of the new inverters is also validated against the existing methods in the literature + The analysis is implemented basing on the mathematical model of current ripples to help the project to have a general and scientific approach, leading to a right research orientation + The simulation on MATLAB/Simulink is used to test the proposed methods for reduction of harmonics, demonstrating the high intuition and reliability in the expected survey domain + The experiment using physical models with the hardware platforms including DSPF28335 and DSpace-1103 helps validating the collected data and to ensure a high feasibility in actual applications The technical parameters are evaluated for reasonableness, consistency, and accuracy The simulation and experiment results are compared quantitatively The proposed techniques are evaluated with the existing methods Outline of the thesis The thesis’s content consists of five chapters as follows: Chapter 1: Overview of grid-connected inverter systems Chapter 2: Modulation technique using variable switching cycle Chapter 3: Fast and accurate estimation of fundamental grid voltage parameters Chapter 4: Reduction of DC voltage ripples and determination of optimal current controller coefficients Chapter 5: Conclusion and future work Main contributions In the author’s opinion, the main contributions of this dissertation are enumerated in the following ii Tóm tắt  A new modulation technique Chapter presents a modulation technique with switching cycle varying in each half of fundamental period This technique significantly reduces inverter harmonics without increase of switching loss and hardware In addition, the selective harmonic elimination and the spectrum spread over a wide range of frequencies make individual harmonics decrease significantly  An improved strategy for estimating rapidly and accurately fundamental grid voltage parameters The feedback of outputs to update initial parameters of the solution in chapter makes the strategy converge rapidly to the minimum The nature of the method is to solve the differential equation online using the conventional digital approach This allows the proposed phase-locked loop to have no phase detector, no loop filter, and no voltage controlled oscillator  A novel maximum power point tracking technique The proposed technique in chapter uses the variable increment to deal with DC voltage ripples of grid-connected photovoltaic inverters This leads to reducing inverter output harmonics without affecting dynamic response  An optimum determination of the coefficients of current controller Due to the infinite of closed-loop transfer function of grid-connected inverters, the conventional methods for determining coefficients of current proportional-resonance controller can give the local minimum The author proposed a method basing on Particle Swarm Optimization in chapter to specify the global values for alleviating harmonics without requiring a lot of time and effort, and experience of designers Feasibility The research methods of the thesis for reducing harmonics of grid-connected inverters surely contribute to the improvement of system power quality + The proposed modulation technique for reducing harmonics helps decrease the size of passive filters and further lowering the cost of grid-connected inverters In addition, the low switching frequency of the semiconductor switches near the peak current can help decrease the thermal stress, thus increasing the inverter’s lifetime In addition to those benefits, the spectrum spread over a wide frequency range makes acoustic noise decrease result in suitable applications for telecommunication and military equipment + The proposed method for estimating accurately and quickly the parameters of fundamental grid voltage allows the inverters to use the lower sensitive voltage transducers with lower production cost iii Tóm tắt + The improved MPPT with variable increment helps the inverters not to use DC-DC converters for enhancing power conversion efficiency with assurance of power quality + The controller with the optimum coefficients determined by using the proposed PSO algorithm reduces design phrase further saving time, effort, and money The proposed solutions of the thesis can also extend to other fields such as motor control inverters, active power filters, uninterruptible power supplies, dynamic voltage restorers, D-statcom, etc iv Tóm tắt MỞ ĐẦU Tính cần thiết Các nguồn lượng tái tạo gió mặt trời phát triển mạnh mẽ tính bền vững thân thiện với môi trường tiềm vô lớn Tuy nhiên, chúng lại có nhược điểm bị loãng không liên tục Do đó, chúng thường nối với lưới điện để trở thành nguồn điện với chất lượng tốt giá thành rẻ thông qua nghịch lưu bán dẫn công suất Chính nghịch lưu nối lưới lại phát sinh sóng hài đáng kể vào lưới điện ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng điện hệ thống điện Vì vậy, việc nghiên cứu giải pháp điều khiển để giảm sóng hài cho nghịch lưu nối lưới góp phần nâng cao chất lượng điện hệ thống điện Mục tiêu luận án Trên sở phân tích mô tả toán học sóng hài dòng điện, tác giả nghiên cứu đề xuất bốn giải pháp để giảm sóng hài cho nghịch lưu nối lưới sau:  Kỹ thuật điều chế với chu kỳ chuyển mạch thay đổi nửa chu kỳ sử dụng giải thuật di truyền có xem xét đến tổn hao chuyển mạch cách định lượng  Phương pháp ước lượng nhanh xác tham số điện áp lưới tần số sử dụng giải thuật Levenberg-Marquardt có hồi tiếp ngõ để cập nhật tham số ban đầu nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu điều chế  Giải thuật dò điểm công suất cực đại với số gia biến đổi để giảm độ nhấp nhô điện áp chiều nghịch lưu  Phương pháp xác định tối ưu hệ số điều khiển cộng hưởng dòng điện sử dụng giải thuật tối ưu bầy đàn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Dựa vào việc phân tích sóng hài dòng điện nghịch lưu nối lưới, tác giả nghiên cứu kỹ thuật: điều chế, ước lượng tham số điện áp lưới tần số bản, giảm độ nhấp nhô điện áp DC phương pháp cải tiến để xác định tham số điều khiển dòng điện Luận án tập trung vào nghiên cứu giảm sóng hài dòng điện cho nghịch lưu điện mặt trời nối lưới pha ba pha hai bậc với qui mô công suất vừa nhỏ phổ biến chúng Các chế độ vận hành phát công suất tác dụng thu/phát công suất phản kháng xem xét cách định lượng Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận Luận án dựa vào mô tả toán học sóng hài dòng điện nghịch lưu để phân tích nguyên nhân phát sinh sóng hài từ đề xuất giải pháp giảm sóng hài Các giải v Tóm tắt pháp đề xuất luận án dựa việc phân tích ưu điểm khuyết điểm nghiên cứu công bố gần tạp chí có uy tín Lựa chọn phương pháp nghiên cứu + Phương pháp giải tích: thực cách phân tích mô tả toán học sóng hài nghịch lưu giúp cho luận án có cách tiếp cận tổng quát, khoa học xác định hướng nghiên cứu + Phương pháp mô phỏng: giải pháp giảm sóng hài đề xuất kiểm tra phần mềm MATLAB/Simulink thể tính trực quan độ tin cậy cao miền khảo sát mong muốn + Phương pháp thực nghiệm mô hình vật lý: kết nghiên cứu thực phần cứng phổ biến DSP-F28335 DSpace-1103 giúp cho kết nghiên cứu đảm bảo tính khả thi cao ứng dụng + Các tiêu kỹ thuật giải pháp đề xuất xem xét cách định lượng dựa vào tiêu chuẩn nối lưới nghiêm ngặt Nội dung luận án Nội dung luận án bao gồm chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Kỹ thuật điều chế sử dụng chu kỳ chuyển mạch thay đổi Chương 3: Phương pháp ước lượng nhanh xác tham số điện áp lưới Chương 4: Giảm độ nhấp nhô điện áp DC cải tiến hệ số điều khiển Chương 5: Kết luận Đóng góp mặt khoa học luận án + Kỹ thuật điều chế đề xuất chương cần thay đổi chu kỳ chuyển mạch nửa chu kỳ để giảm sóng hài dòng điện đáng kể cho nghịch lưu nối lưới, mà không làm tăng tổn hao chuyển mạch, thêm phần cứng Ngoài ra, kỹ thuật có khả khử hài lựa chọn trải phổ phạm vi rộng để làm giảm biên độ hài riêng lẻ + Kỹ thuật hồi tiếp ngõ để cập nhật cho tham số ban đầu phép giải phương trình vi phân phương pháp số trình bày chương Kỹ thuật cho phép ước lượng nhanh xác tham số điện áp lưới tần số nhằm nâng cao chất lượng tín hiệu điều chế để giảm sóng hài nghịch lưu nối lưới Phương pháp khác biệt so với vòng khóa pha thông thường không khâu dò pha, không lọc vòng, không dao động điều khiển điện áp vi Tóm tắt 3.3.2 Trường hợp thứ hai 55 50 45 Frequency (Hz) 40 35 30 25 20 Con DSOGI DSOSI-FLL Proposed 15 10 0.1 0.2 0.4 0.3 0.5 0.6 Time (s) Hình 3.9: Tần số mô (a) (c) CH1: f-ref; CH2: f-est; CH3: theta-ref; CH4: theta-est; MATH: CH3-CH4 (a) Phương pháp DSOGI (b) Phương pháp DSOGI-FLL (c) Phương pháp đề xuất (b) Hình 3.10: Tần số góc pha thí nghiệm 3.4 NHẬN XÉT KẾT QUẢ Kết mô thí nghiệm thể hình từ 3.3 đến 3.10 bảng 3.1 + Đáp ứng tần số hình 3.4 3.9 cho thấy phương pháp đề xuất có thời gian xác lập nhỏ 10ms, phương pháp khác phải đến 100 ms Sai số xác lập phương pháp khác > 0,1 Hz lớn tiêu chuẩn (tiêu chuẩn cho phép 0,05 Hz) 21 Tóm tắt Trong sai số xác lập phương pháp đề xuất Vs(t-1) P(t) > P(t-1) No yes No Vs(t) > Vs(t-1) yes yes VMPPT=Vs(t-1)-inc VMPPT=Vs(t-1)+inc VMPPT=Vs(t-1)-inc VMPPT=Vs(t-1)+inc Update: Vs(t-1) = Vs(t) P(t-1) = P(t) Return Hình 4.2: Lưu đồ giải thuật MPPT với gia số inc biến đổi 24 Tóm tắt Nguyên lý hệ thống nghịch lưu điện mặt trời ba pha nối lưới thể hình 4.1, với V s I s điện áp dòng điện tương ứng dàn pin mặt trời Các thông số P0, inc 0,2 0,02 đại lượng giảm 1e-6 xác định trình cân chỉnh giải thuật R R R R 4.1.3 Kết mô Các tham số hệ thống nghịch lưu nối lưới ba pha bảng 4.1 với cài đặt xạ G=1 tương ứng với 1000W/m2 thay đổi xạ G theo hàm nấc (1; 0,7 0,3) Dàn pin có tổng công suất đỉnh 5,78 kW P P Bảng 4.1: Tham số hệ thống nghịch lưu nối lưới Thông số Mô tả Giá trị Lg Điện cảm phía lưới 0,5mH Rg Điện trở Lg 0,01Ω Li Điện cảm phía nghịch lưu 20mH Ri Điện trở Li 0,4Ω Cf Tụ lọc 15µF Tần số điều chế độ rộng xung 9kHz Tần số lưới 50Hz R F PWM R f 150KVA Sb Công suất nguồn Vb Điện áp nguồn 380V Kp_dq Hệ số tỉ lệ điều khiển dòng 400 Ki_dq Hệ số tích phân điều khiển dòng 400 Kp_v Hệ số tỉ lệ điều khiển áp DC Ki_v Hệ số tích phân điều khiển áp DC Tụ điện phía nguồn DC 0,005 Cdc P0 R Ngưỡng thay đổi công suất 25 1500µF 5W Tóm tắt Phase current (A) 4.1.3.1 Số gia cố định 10 -10 (a) Power (W) 6000 10 Pg Pref 4000 2000 0 (b) Time (s) 10 Hình 4.3: Đáp ứng dòng điện công suất (a) Dòng điện pha; (b) Công suất tác dụng FFT window: of 500 cycles of selected signal FFT window: of 500 cycles of selected signal 2 0 -2 -2 3.982 3.984 3.986 3.988 3.99 3.992 Time (s) 3.994 3.996 8.98 3.998 Fundamental (50Hz) = 3.266 , THD= 10.51% Mag (% of Fundamental) Mag (% of Fundamental) 3.98 1000 4000 3000 2000 Frequency (Hz) 5000 8.982 8.984 8.986 8.988 8.99 8.992 Time (s) 8.994 8.996 8.998 Fundamental (50Hz) = 3.257 , THD= 4.97% 0 1000 (a) 2000 3000 Frequency (Hz) 4000 5000 (b) Hình 4.4: Sóng hài dòng điện pha (a) Đo từ thời điểm 3,98s với số gia lớn (b) Đo từ thời điểm 8,98s với số gia nhỏ Phase current (A) 4.1.3.2 Số gia biến đổi 10 -10 10 Power (W) (a) 6.000 Pg Pref 4.000 2.000 0 (b) Time (s) Hình 4.5: Đáp ứng dòng điện công suất số gia biến đổi (a) Dòng điện pha; (b) Công suất tác dụng 26 10 Tóm tắt FFT window: of 500 cycles of selected signal FFT window: of 500 cycles of selected signal 2 0 -2 -2 3.022 3.024 3.026 3.028 3.03 3.032 Time (s) 3.034 3.036 3.038 8.1 Fundamental (50Hz) = 3.272 , THD= 4.73% 0 1000 2000 3000 Frequency (Hz) 4000 5000 Mag (% of Fundamental) Mag (% of Fundamental) 3.02 8.102 8.104 8.106 8.108 8.11 8.112 Time (s) 8.114 8.116 8.118 Fundamental (50Hz) = 3.256 , THD= 4.44% 0 1000 (a) 2000 3000 Frequency (Hz) 4000 5000 (b) Hình 4.6: Sóng hài dòng điện pha (a) Đo từ thời điểm 3,02s; (b) Đo từ thời điểm 8,1s 4.1.4 Nhận xét kết Với số gia cố định cài đặt 0,2V khoảng thời gian 0-5s, nhiễu hài công suất hình 4.3 cao đáng kể Điều làm cho THD đo thời điểm 3,98s hình 4.4(a) lên tới 10,51% vượt tiêu chuẩn cho phép Khi số gia cố định cài đặt 0,02V khoảng thời gian 5-10s, kết nhiễu hài dòng điện hình 4.4 giảm đáng kể, đáp ứng công suất hình 4.3 chậm (hơn 1s) theo thay đổi xạ Với kỹ thuật đề xuất có số gia biến đổi từ 0,2V đến 0,02V, có thay đổi xạ công suất hình 4.5 có đáp ứng nhanh (nhỏ 0,1s) nhờ số gia lớn (0,2V) Khi xác lập, số gia điều chỉnh xuống 0,02V giúp cho sóng hài giảm đáng kể hình 4.6 nhỏ giới hạn qui định 4.2 CẢI TIẾN THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN DÙNG GIẢI THUẬT PSO 4.2.1 Bộ điều khiển dòng điện Như trình bày chương 1, hình 4.7 cho thấy tham số điều khiển dòng điện có ảnh hưởng đáng kể đến đáp ứng động sóng hài nghịch lưu nối lưới Vì hàm truyền vòng kín hệ thống nghịch lưu nối lưới có dạng vô định, nên có vô số cặp nghiệm hệ số Kp, Ki Do đó, việc xác định tham số điều khiển dòng điện sử dụng phương pháp thông thường Ziegler-Nichols, tối ưu đối xứng… thường nhiều thời gian công sức chưa có nghiệm toàn cục Trong luận án này, tác giả đề xuất sử dụng phương pháp tối ưu bầy đàn PSO (Particle Swarm Optimization) để xác định tham số điều khiển dòng cộng hưởng (PR) cho nghịch lưu nối lưới 27 Tóm tắt Li Lg Vg Vi Nghịch lưu Ia Nguồn lưới Điều khiển chống cô lập Va Vòng khóa pha Vd Vq Điều chế PWM Id Iq Θ - Vdc khiển dòng Iq - Id Bộ điều + khiển + dòng + Sóng mang idc V*abc dq  abc Vq Bộ điều + +V*q + Iq_ref =0 - + Cdc Ic abc dq Cf Vb vc Ib + MPPT + Vd V*d Vmppt - Bộ điều khiển DC Id_ref Hình 4.7: Nguyên lý điều khiển tỉ lệ cộng hưởng (PR) nghịch lưu nối lưới Sơ đồ nguyên lý hệ thống nghịch lưu sử dụng điều khiển PR hình 4.7 với dòng Id_ref thay đổi theo hàm nấc từ 20 A (trong khoảng 0-0,2 s) xuống 10 A (trong khoảng 0,2-0,6 s) I_qref A (trong khoảng 0-0,4 s) 10 A (trong khoảng thời gian 0,4-0,6 s) để thể khả điều khiển bù công suất phản kháng hệ thống 4.2.2 Phương pháp tối ưu bầy đàn Kỹ thuật PSO sử dụng đơn giản dựa công thức cập nhật vận tốc vị trí sau: Vi k = k1.Vi k −1 + k2 R1 ( Plocal _ besti − Pi k −1 ) + k3 R2 ( Pglobal _ best − Pi k −1 ) (4.1) = Pi k Pi k −1 + k4 Vi k (4.2) Trong đó: Vi k −1 vận tốc phần tử thứ i lần lặp thứ k-1 Pi k −1 vị trí phần tử thứ i lần lặp thứ k-1 K trọng số quán tính K , K , K hệ số gia tốc R R R R R R R R R R bán kính tìm kiếm R R R R Plocal _ besti giá trị tốt phần tử i Pglobal _ best giá trị tốt nhóm phần tử Lưu đồ chương trình chi tiết giải thuật PSO thực MATLAB/Simulink cho kết tham số K p = 199,537 K i = 4794,3 sau 25 vòng lặp R R 28 R R Tóm tắt 4.2.3 Kết khảo sát 4.2.3.1 Phương pháp dựa vào hàm truyền (với Kp=15; Ki=3000) Bode 10000 P (W) Q (Var) 8000 Power 6000 4000 2000 -2000 0.1 0.2 0.3 Time (s) 0.4 0.5 0.6 Hình 4.8: Công suất phát vào lưới Selected signal: 30 cycles FFT window (in red): cycles Selected signal: 30 cycles FFT window (in red): cycles 0.2 0.4 0.3 Time (s) 0.5 0.6 Fundamental (50Hz) = 16.22 , THD= 6.96% 2000 8000 6000 4000 Frequency (Hz) 10000 12000 20 0.1 0.2 0.3 Time (s) 0.4 0.5 0.6 Fundamental (50Hz) = 8.062 , THD= 10.14% 0 2000 4000 6000 8000 Frequency (Hz) 10000 12000 (b) (a) -20 Mag (% of Fundamental) 0.1 Mag (% of Fundamental) -20 Mag (% of Fundamental) -20 0 Selected signal: 30 cycles FFT window (in red): cycles 20 20 0.1 0.2 0.3 Time (s) 0.4 Fundamental (50Hz) = 11.69 , THD= 12.23% 0 2000 4000 6000 8000 Frequency (Hz) Hình 4.9: THD đo chu kỳ mức công suất khác (a) THD đo từ 0,18 s; (b) THD đo từ 0,38 s; (c) THD đo từ 0,58 s 4.2.3.2 Phương pháp PSO đề xuất PSO P (W) Q (Var) 8000 Power 6000 4000 2000 -2000 0.1 0.2 0.3 Time (s) 0.4 0.5 Hình 4.10: Đáp ứng công suất phương pháp PSO 29 0.6 (c) 10000 0.5 0.6 10000 12000 Tóm tắt Selected signal: 30 cycles FFT window (in red): cycles 0 0.2 0.3 Time (s) -20 0.6 0.5 0.4 Fundamental (50Hz) = 16.25 , THD= 1.81% 2000 8000 6000 4000 Frequency (Hz) (a) 10000 12000 0.2 0.1 0.3 Time (s) 0.4 0.5 0.6 Fundamental (50Hz) = 8.117 , THD= 4.12% 0 2000 4000 6000 8000 Frequency (Hz) 10000 12000 -20 Mag (% of Fundamental) 0.1 Mag (% of Fundamental) Mag (% of Fundamental) 20 20 -20 0 Selected signal: 30 cycles FFT window (in red): cycles Selected signal: 30 cycles FFT window (in red): cycles 20 0.1 0.2 0.3 Time (s) 0.4 0.5 0.6 Fundamental (50Hz) = 11.72 , THD= 3.13% 0 2000 4000 6000 8000 Frequency (Hz) 10000 12000 (c) (b) Hình 4.11: THD phương pháp PSO (a) THD đo từ 0,18 s; (b) THD đo từ 0,38 s; (c) THD đo từ 0,58 s Bảng 4.2: Kết sóng hài Hàm truyền PSO đề xuất Kp 15 199,537 Ki 3000 4794,3 ωc rad/s rad/s THD (%) 6,96 R R R P (W) Q (Var) 1,81 7584 10,14 4,12 3792 12,23 3,13 3792 3792 4.2.4 Nhận xét Kết mô thể hình 4.8 đến 4.11 bảng 4.2 THD đo chu kỳ cuối khoảng thời gian khảo sát để đảm bảo dòng điện xác lập Kết phương pháp đề nghị hình 4.10 4.11 cho thấy sóng hài giảm đáng kể so với phương pháp dựa vào hàm truyền hình 4.8 4.9 Điều chứng tỏ cặp nghiệm K p K i phương pháp dựa vào hàm truyền chưa phải tốt nhất, chúng nghiệm toàn cục Bởi phương pháp kiểm tra tính ổn định kiểm tra khả giảm sóng hài Trong đó, phương pháp đề xuất không đòi hỏi thời gian công sức kinh nghiệm người thiết kế Đây khác biệt ưu điểm phương pháp đề xuất so với phương pháp dựa vào hàm truyền R R R R 4.3 TÓM TẮT CHƯƠNG Đối với việc ổn định điện áp nguồn DC Tác giả đề xuất phương pháp MPPT với số gia biến đổi để giảm độ nhấp nhô cho nguồn điện áp DC nhằm giảm sóng hài cho nghịch lưu nối lưới giai đoạn đảm bảo đáp ứng động tốt Mỗi có thay đổi công suất ngõ vào đủ lớn (> Po), số gia điều chỉnh lớn để tăng đáp ứng động Khi xác lập điểm công suất cực 30 Tóm tắt đại, số gia chỉnh nhỏ lại để giảm độ nhấp nhô nguồn áp DC nhằm góp phần giảm sóng hài ngõ cho nghịch lưu nối lưới Cải tiến tham số điều khiển Chất lượng điện hệ thống nghịch lưu nối lưới phụ thuộc nhiều vào chất lượng điều khiển Do hàm truyền vòng kín hệ thống nghịch lưu nối lưới có dạng vô định, việc lựa chọn tay tham số điều khiển dựa vào phương pháp thông thường phương pháp giản đồ Bode hay Nyquist tiêu chuẩn Routh thường đòi hỏi nhiều thời gian công sức kinh nghiệm người thiết kế, chưa cho nghiệm toàn cục Tác giả đề xuất phương pháp cải tiến để xác định tham số điều khiển sử dụng giải thuật tối ưu bầy đàn PSO nhằm giảm sóng hài để góp phần nâng cao chất lượng điện nghịch lưu nối lưới Sự đơn giản phương pháp đề xuất giúp tiết kiệm thời gian công sức không đòi hỏi nhiều kinh nghiệm người thiết kế việc xác định tham số điều khiển Phương pháp đề xuất mở rộng cho ứng dụng khác điều khiển động cơ, chỉnh lưu có điều khiển… 31 Tóm tắt CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Các nguồn lượng tái tạo sử dụng nghịch lưu bán dẫn công suất để nối lưới có đặc điểm phát sinh sóng hài đáng kể Việc nghiên cứu giảm sóng hài nghịch lưu nối lưới góp phần làm giảm kích thước chi phí chế tạo thiết bị đồng thời nâng cao chất lượng điện hệ thống điện Dựa vào việc phân tích đặc điểm sóng hài nghịch lưu nối lưới, tác giả nêu bốn nguyên nhân ảnh hưởng đến sóng hài đề xuất giải pháp sau: Kỹ thuật điều chế Tác giả đề xuất phương pháp điều chế với tần số chuyển mạch thay đổi dựa vào giải thuật di truyền mà không làm tăng tổn hao chuyển mạch so với phương pháp tần số chuyển mạch cố định Sóng hài phương pháp đề xuất giảm thấp đáng kể so với phương pháp công bố gần thông qua kết mô thí nghiệm Phương pháp đề xuất xem xét tổn hao chuyển mạch cách định lượng Tính hiệu phương pháp đề xuất thể khả khử hài lựa chọn khả trải phổ nên giảm lọc phụ phù hợp cho ứng dụng thông tin quân không nhiễu âm Ước lượng nhanh chóng xác tham số điện áp lưới Luận án đề xuất phương pháp xác định nhanh xác tham số điện áp lưới tần số sử dụng giải thuật Levenberg-Marquardt có hồi tiếp để cập nhật tham số ban đầu phép giải nhằm giảm số lần lặp hội tụ nhanh đến kết Không vòng khóa pha thông thường, phương pháp đề xuất không dò pha, lọc vòng dao động điện áp Các tiêu đáp ứng động, sai số xác lập, độ vọt lố độ phức tạp tính toán xem xét cách định lượng Các kết mô thí nghiệm phương pháp đề xuất so sánh với phương pháp công bố gần DSOGI DSOGI-FLL khẳng định tính hiệu phương pháp đề xuất Khả đáp ứng nhanh xác phương pháp đề xuất giúp cho nghịch lưu nối lưới sử dụng cảm biến điện áp có độ nhạy thấp với giá thành thấp nhằm tăng khả cạnh tranh cho thiết bị Ổn định điện áp DC Luận án đề xuất phương pháp MPPT với số gia biến đổi để giảm độ nhấp nhô điện áp DC nhằm giảm sóng hài cho nghịch lưu điện mặt trời nối lưới giai đoạn đảm bảo đáp ứng động tốt Khi có thay đổi công suất ngõ vào, số gia điều chỉnh lớn để tăng đáp ứng động Khi xác lập điểm công suất cực đại, số gia chỉnh nhỏ lại để giảm độ nhấp nhô nguồn áp DC nhằm góp phần giảm sóng hài ngõ nghịch lưu nối lưới Các kết mô phương pháp MPPT đề xuất so sánh với phương pháp số gia cố định khẳng định hiệu phương pháp đề xuất Cải tiến tham số điều khiển 32 Tóm tắt Tác giả đề xuất phương pháp xác định tham số điều khiển sử dụng giải thuật tối ưu bầy đàn PSO nhằm giảm sóng hài để góp phần nâng cao chất lượng điện nghịch lưu nối lưới Các phương pháp đề xuất mở rộng áp dụng cho điều khiển lĩnh vực khác nguồn dự phòng UPS, lọc công suất tích cực APF, thiết bị bù D-STATCOM, ổn định điện áp động DVR, chỉnh lưu có điều khiển, điều khiển động cơ… Các giải pháp đề xuất nêu luận án công bố báo khoa học tạp chí hội nghị có uy tín nước quốc tế Các kết mô thí nghiệm giải pháp đề xuất có độ tin cậy cao Ngoài ra, để kiểm tra khả ứng dụng, tác giả thực khảo sát phần phụ lục luận án phương pháp đề xuất hệ thống nghịch lưu nối lưới pha để khẳng định tính hiệu việc giảm sóng hài nghịch lưu 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Để hệ thống nghịch lưu nối lưới ứng dụng hiệu tăng khả chế tạo chuyển giao công nghệ, đề tài cần nghiên cứu thêm phần sau: + Thiết kế mạch bảo vệ, kiểm soát trạng thái ổn định biểu đồ điều khiển công suất phản kháng cho nghịch lưu nối lưới + Ước lượng tổng trở hệ thống để tăng khả điều khiển dò cô lập trong vận hành bình thường có cố + Phối hợp điều khiển tần số nguồn điện hệ thống micro-grid + Điều khiển công suất phối hợp để hệ thống nghịch lưu nối lưới có khả vận hành thiết bị D-STATCOM + Mở rộng ứng dụng cho lọc tích cực, nguồn dự phòng, ổn định điện áp động… + Nghiên cứu mở rộng ứng dụng nhiều nghịch lưu hoạt động song song, mở rộng cho nghịch lưu đa bậc công suất lớn 33 Tóm tắt DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN I Quang-Tho Tran, Anh Viet Truong, anh Phuong Minh Le, “Reduction of harmonics in grid-connected inverters using variable switching frequency,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol 82, Nov 2016, pp 242– 251 Tran Quang Tho, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “Optimal Modulation to Reduce Harmonics in Inverters,” in Proc IEEE ATC, 2015, pp 561-566 Trần Quang Thọ, Trương Việt Anh, Lê Minh Phương, “Sử dụng giải thuật di truyền để giảm sóng hài cho nghịch lưu nối lưới,” Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật, HCMUTE, Số 35B, 2016 Tran Quang Tho, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “PWM technique with variable carrier wave frequency to reduce switching loss in grid-connected PV inverter,” Proc, 2nd GTSD, 2014, pp 404-411 Tran Quang Tho, Le Thanh Lam, and Truong Viet Anh, “Reduction of switching loss in grid-connected inverters using a variable switching cycle,” International journal of Electrical Engineering & Technology (IJEET), vol 6, no 8, 2015, pp 63-76 Tran Quang Tho, Pham Huu Ly, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “A Synchronization Method for Three-Phase Grid-Connected Inverters Using Levenberg-Marquardt Technique,” Lecture Notes in Electrical Engineering 371, Springer AETA 2015, pp 249-260 Tran Quang Tho, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “Estimation of Voltage Parameters for Grid-connected Inverters,” in Proc IEEE ATC, 2015, pp 610-615 Tran Quang Tho, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “A Robust Technique for Phase-Locked Loop of Grid-connected Inverters,” in Proc ISEE 2015, pp 498506 Trần Quang Thọ, Trương Việt Anh, Trảo Văn Hoan, Lê Minh Phương, “Bù điện áp offset vòng khóa pha nghịch lưu nối lưới,” Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ-VNU-HCM, vol 18, no K5, 2015, pp 5-15 Tran Quang Tho and Truong Viet Anh, “MPPT voltage regulating in three-phase grid connected Photovoltaic system,” Science & Technology Development-VNUHCM, vol 15, no K2, 2012, pp 50-61 Tran Quang Tho and Truong Viet Anh, “Three-phase grid-connected inverter using current regulator,” International journal of Electrical Engineering & Technology (IJEET), vol 4, no 2, pp 293-304, 2013 Tran Quang Tho and Truong Viet Anh, “Optimization Of Current Controller for Grid-Connected Inverters Using A PSO Algorithm,” Journal of Technical Education Science, HCMC-UTE, vol 40, Jan 2017 T T II III IV P V VI VII VIII IX X XI XII P 34 T T Tóm tắt CÁC BÀI BÁO KHÁC T T Chuong, T V Anh, T Quang-Tho, and T Deveikis, “Research of the Voltage Stability of Distribution Network Connected Induction Machines,” Elektronika Ir Elektrotechnika, vol 21, no 1, 2015 pp 42-47 Tran Quang Tho, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “PWM technique with variable carrier wave frequency to reduce switching loss in grid-connected PV inverter,” Journal of Technical Education Science-HCM UTE, vol 29, 2014, pp 3138 Trần Quang Thọ, “Điều chỉnh tham số khâu PI hệ thống nghịch lưu pin mặt trời nối lưới ba pha,” Tạp chí Khoa học & Công nghệ - ĐH Công Nghiệp Hà Nội, Số 13, 2012 pp 16-19 CÁC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC LIÊN QUAN Các đề tài nghiên cứu khoa học tham gia TT Tên đề tài nghiên cứu Điều chỉnh điện áp MPPT hệ thống điện mặt trời nối lưới pha Xây dựng giải thuật điều khiển dòng phương pháp tối ưu bầy đàn (PSO) Năm bắt đầu/Năm hoàn thành Đề tài cấp (NN, Bộ, ngành, trường) Cấp trường trọng điểm T 2013 T T2013-06TĐ T Cấp trường trọng điểm T2014-05TĐ Cấp trường trọng điểm T2015-35TĐ Chủ nhiệm đề tài Cấp trường trọng điểm T2016-49TĐ Chủ nhiệm đề tài Cấp trường trọng điểm T2017- 27TĐ Chủ nhiệm đề tài 2014 T T 2015 Điều chế nghịch lưu nối lưới sử dụng giải thuật di truyền 2016 T T T T T T Đồng nghịch lưu nối lưới sử dụng giải thuật Levenberg-Marquardt Chủ nhiệm đề tài Chủ nhiệm đề tài T Giảm tổn hao chuyển mạch nghịch lưu nối lưới sử dụng sóng mang biến đổi Trách nhiệm tham gia đề tài 2017 (đang thực hiện) 35 T T T ... số điều khiển Từ cấu trúc hệ thống nghịch lưu nối lưới hình 1.3 cho thấy ảnh hưởng tham số điều khiển dòng điện sóng hài ngõ nghịch lưu Để tối ưu công suất phát lên lưới, hệ thống nghịch lưu. .. số nguồn điện phân tán DG (Distributed Generation) sử dụng lượng tái tạo có hệ thống nghịch lưu để nối lưới Tuy nhiên, nghịch lưu nối lưới lại thiết bị phát sóng hài đáng kể lên lưới điện ảnh... nghiên cứu cho nghịch lưu ba pha đa bậc không nối lưới Trong đó, nghịch lưu nối lưới có nhiều vấn đề phức tạp liên quan đến dao động lượng ngõ vào chất lượng điện ngõ trình điều khiển Trên giới