Điều khiển giảm điện áp common mode cho bộ biến đổi phía rotor của máy phát không đồng bộ nguồn kép

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ NGUYÊN HỒNG PHONG ĐIỀU KHIỂN GIẢM ĐIỆN ÁP COMMON-MODE CHO BỘ BIẾN ĐỔI PHÍA ROTOR CỦA MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HƠ CHÍ MINH, tháng năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BẤCH KHOA - ĐHQG-HCM Cán huớng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN VÀN NHỜ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : PGS TS HÒ PHẠM HUY ÁNH (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS ĐINH HOÀNG BÁCH (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCMngàyl4 tháng năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Chủ tich: TS HOÀNG MINH TRÍ Thư ký: TS HUỲNH QUỐC VIỆT Phản biện 1: PGS TS HỒ PHẠM HUY ÁNH Phản biện 2: TS ĐINH HOÀNG BÁCH ủy viên: PGS TS NGUYÊN THANH PHƯƠNG Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuỵên ngành sau khỉ luận văn sửa chữa (nếu cố) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ NGUYỄN HỒNG PHONG MSHV: 1770573 Nơi sinh: Khánh Hòa Mã số: Ngày, tháng, năm sinh: 05/12/1990 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện I TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIÊN GIẢM ĐIỆN ÁP COMMON-MODE CHO BỘ BIẾN ĐỔI PHÍA ROTOR CỦA MÁY PHÁT KHƠNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát tổng quan: hệ thống máy phát không đồng nguồn kép (DFIG) ảnh hưởng điện áp common-mode Phân tích mơ hình động DFIG giải thuật điều khiển DFIG Phân tích điện áp common-mode đề xuất giải thuật điều khiển giảm điện áp common-mode cho mạch nghịch lưu Xây dựng mơ hình mô MATLAB/Simulink cho hệ thống DFIG với biến đổi phía rotor (RSC) hoạt động chế độ nghịch lưu, áp dụng kỹ thuật điều khiển giảm điện áp common-mode cho RSC Thu thập số liệu mô phỏng, phân tích, đánh giá, kết luận cơng bố khoa học III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (ghi theo QĐ giao đề tài): 15/01/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ (ghi theo QĐ giao đề tài): 02/12/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN VĂN NHỜ Tp HCM, ngày tháng năm 2018 CÁN BỘ HƯỞNG DẴN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ (Họ tên chữ ký) LỜI CÁM ƠN Với lòng biết ơn chân thành sâu sắc nhất, trước tiên xin gửi lời cám ơn đến PGS TS NGUYỄN VĂN NHỜ (Trưởng phòng TN Hệ thống Năng lượng, Khoa Điện- Điện tử), người hướng dẫn tận tình để tơi hồn thành luận văn Tiếp theo, xin gửi lời cám ơn đến Cha tôi, người hỗ trợ động viên vật chất lẫn tinh thần q trình tơi học tập trường ĐH Bách khoa Tp Hồ Chí Minh Tơi xin gửi lời cám ơn đến thầy, bạn Phòng TN Hệ thống Năng lượng hỗ trợ trình học tập, nghiên cứu Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 Học viên Lê Nguyễn Hồng Phong TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tiếng Việt: Kỹ thuật điều chế độ rộng xung đuợc sử dụng rộng rãi để điều khiển mạch nghịch lưu hệ thống truyền động điện xoay chiều, có hệ thống máy phát khơng đồng nguồn kép Q trình điều khiển mạch nghịch lưu làm phát sinh điện áp common-mode Điện áp common-mode gây nhiều ảnh hưởng xấu đến hệ thống truyền động điện như: làm tăng dòng điện rò máy điện, làm giảm tuổi thọ lớp cách điện cuộn dây quấn máy điện, làm xuất dòng điện ổ bi làm lão hóa phá hủy bề mặt hệ thống ổ bi máy điện Luận văn trình bày giải thuật điều khiển nhằm làm giảm điện áp common-mode biến đổi phía rotor hoạt động chế độ nghịch lưu hệ thống máy phát không đồng nguồn kép Giải thuật xây dựng dựa kỹ thuật sóng mang sử dụng hàm offset mơ phần mềm MATLAB/Simulink R2016b Kết mô thể hiệu giải thuật đề xuất English: Pulse width modulation technique is used widely to control inverters in AC drive systems, including doubly-fed induction generator system When applying switching techniques for inverter, common-mode voltage is generated This voltage is known as an major factor which causes many problems in AC drive systems, such as: increasing leakage current of AC machines, increasing bearing currents which can damage bearing surfaces, etc This thesis presents a novel strategy for reducing common-mode voltage for level inverter based rotor side converter in a DFIG system The proposed technique is developed from the carrier-based PWM technique with offset function and verified by a simulation model built in MATLAB/Simulink R2016b The simulation results show the effectiveness of the proposed technique LỜI CAM ĐOAN Tôi cam kết tất kết đo trình bày luận văn thân tơi thực lấy kết Nội dung luận văn thân tơi biên soạn có trích dẫn tài liệu tham khảo Tôi chịu trách nhiệm trước nhà trường pháp luật nội dung, số liệu kết luận văn ngụy tạo đạo văn người khác Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 Học viên Lê Nguyễn Hồng Phong MỤC LỤC DANH SÁCH KÝ HIỆU Ký hiệu Cdc Tên đại lirựng Điện dung tụ điện DC-link Đom vị F fir Tần số sống mang Hz fi Tần số điện áp/dòng điện lưới Hz fit Tần số điện áp/dòng điện rotor Hz f Tần số điện áp/dòng điện trongstator Hz lag, ibgt ỉcg Cường độ dòng điện lưới hệ tọa độ abc A iari lbr> icr Cường độ dòng điện rotor hệ tọa độ abc A las, Ibs, ỉcs Cường độ dòng điện stator hệ tọa độ abc A ìdg, iqg Cường độ dòng điện lưới hệ tọa độ dq A ldm, Iqm Cường độ dòng điện từ hóa hệ tọa độ dq A ỉdr, Iqr Cường độ dòng điện rotor hệ tọa độ dq A Ids, ịqs Cường độ dòng điện stator hệ tọa độ dq A j Đon vị ảo (j2 = -l) J Mô men quán tính kg.m2 Ur Điện căm tản cuộn dây rotor H Lis Điện cẩm tản cuộn dây stator H Lm Điện cảm từ hóa H Lr Điện cẩm tự cảm cuộn dây rotor H Ls Điện cảm tự cảm cuộn dây stator H lỉm Tốc độ rotor DFIG rpm p Toán tử đạo hàm (p = d/dt) p Sổ cặp cực DFIG w w w w w Pm Công suất tác dụng truyền từ DFIG lên lưới Công suất đầu trục DFIG Pr Công suất tác dụng rotor ps Công suất tác dụng stator Psrẹf Công suất tác dụng tham chiếu stator Qs Công suất phản kháng stator V.A.r Qsref Công suất phản kháng tham chiếu stator V.A.r p* Rr Điện trở rotor quy stator n Rs Điện trở stator n s Hệ số trượt s Toán tử Laplace Sbase t To, T1, Ĩ2,Tĩ Te Tm Ts Công suất biểu kiến V.A Thời gian s Thời gian thực vector điện áp Vo, Vỉ, V2, V7 kỹ thuật điều chế vector không gian s Moment điện từ N.m Moment N.m Thời gian lấy mẫu kỹ thuật điêu chế vector không gian s Điện áp pha nghịch lưu pha a, b, c quy điểm trung tỉnh mạch DC-link Điện áp pha a, b, c tải pha với mạch nghịch lưu V Điên áp pha a, b, c stator quy điểm trung tỉnh cuộn dây stator V Vdg, Vqg Điện áp theo trục d trục q điện áp lưới V Vdr, Vqr Điên áp theo trục d trục q điện áp rotor V Vds, Vqs Điện áp theo trục d trục q điện áp stator V Điện áp theo trục d trục q điên áp tham chiếu dùng cho nghịch lưu V Vbase Điện áp V Vde Điện áp tổng mạch DC-ỉink V VaO, VbO, VcO Van, Vim, Ven Vas, Vbs, Vcs Vdref, Vqref Xa, Xb, Xc Các biên hệ tọa độ abc Xd, Xq Các biến hệ tọa độ dq Xa, xp Các biến hệ tọa độ ap V Cảm kháng tản rotor n Cảm kháng tản stator Q Cảm kháng từ hóa n Zm Tồng trở từ hóa Q ^dr Từ thơng mỗc vòng rotor theo trục d Wb Ads Từ thơng mốc vòng stator theo trục d Wb Xlr xh xm -* —’ r r A' Trong Hình 4-3la, thành phần hài có biên độ cao (khơng tính thành phần bản) nằm tần số 10 kHz có biên độ 0,9% so với thành phần cơbản, Hình 4-33b, thành phần hài có biên độ cao (khơng tính thành phần bản) nằm tần sổ kHz cỏ biên độ 9% biên độ thành phần Kết Hình 4-31 cho tháy, với tần số fcr = kHz THD iar kỹ thuật SPWM 1,70%, THD iar kỹ thuật RCMV CBPWM 13,44% Dạng sóng dòng điện stator thể Hình 4-32 pha a (a) Kỹ thuật SPWM (b) Kỹ thuật RCMVCBPWM Hình 4-32: Dạng sóng ỉabcs (DFỈG 250 kW, Vdc = 800 V, fcr = kHz) Hình 4-33 kết phân tích FFT đến tần sổ 10 kHz cho dòng điện ias: (a) Kỹ thuật SPWM Hình 4-33: Phân tích FFTias (DFIG 250 kw, Vdc = 800 v,fcr = kHz) Trong Hình 4-33a, thành phần hài có biên độ cao nhát (khơng tính thành phần bản) nằm tần sổ lân cận 10 kHz cố biên độ 0,9% so với thành phần bản, Hình 4-33b, cảc thành phần hài cỗ biên độ cao (khơng tính thành phần bản) nằm lân cận tần số kHz có biên độ 8% so với thành phần Kết Hình 4-33 cho thấy, với tần sổ for = kHz THD ias kỹ thuật SPWM 1,54%, THD ias kỹ thuật RCMV CBPWM 12,33% Bảng 4-2 kết tổng hợp giá trị đo THD(iar) THD(ias) hình: Hình 4-13, Hình 4-15, Hình 4-19 Hình 4-21 Kỹ thuật SPWM Đai lượng Kỹ thuật RCMV CBPWM fcr = 2,5 kHz fcr = 5kHz fcr = 2,5 kHz fcr = 5kHz THD iar 2,81 % 1,70 % 24,61 % 13,44 % THD ỉas 2,80 % 1,54% 24,25 % 12,35 % Bảng 4-2 Kết tồng hợp phân tích THD (DFIG 250 kW, Vđc = 800 V) Kết Đảng 4-2 thể rằng, với tần số fcr kỹ thuật RCMV CBPWM có giá trị THD dòng điện cao so với kỹ thuật SPWM Khi tiến hành tăng tần sổ fcr cho kỹ thuật kết làm giảm THD dòng điện Các kết từ Hình 4-29 đến Hình 4-31 cơng bố báo “A Novel Carrier Based PWM Technique with Common-mode Voltage Reduction for Rotor Side Converter in Doubly-fed Induction Generator” trình bày The 6th International Electrical Engineering Congress (ÍEECON 2018) diễn vào ngày 7-9/3/2018 Krabi, Thailand Tên tác giả: Hong-Phong Le-Nguyen, Nho-Van Nguyen Nội dung báo cung cấp phần CÔNG BỐ KHOA HỌC CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ 5.1 Những kết đạt Luận văn trình bày kỹ thuật dùng điều khiển giảm CMV cho RSC hệ thống DFIG So với kỹ thuật SPWM, áp dụng kỹ thuật RCMV CBPWM đề xuất, biên độ CMV giảm xuống ±Vdc/ố, kỹ thuật SPWM truyền thống biên độ CMV ±Va