Phân tích thiết kế sơ đồ điều khiển droop mới các bộ nghịch lưu kết nối song song trong Microgrid độc lập

Bài báo trình bày kỹ thuật chia tải mới cho các bộ nghịch lưu áp ba pha kết nối song song trong lưới độc lập. Trong đó đề xuất bộ điều khiển droop cải tiến cho phép chia tải chính xác tỷ lệ với công suất định mức của bộ nghịch lưu đảm bảo giảm sụt áp do ảnh hưởng của tải và các hệ số droop và duy trì điện áp tải trong phạm vi định mức.

TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K2- 2016 Phân tích thiết kế sơ đồ điều khiển droop nghịch lưu kết nối song song Microgrid độc lập     Lê Minh Phương Nguyễn Minh Huy Phạm Thị Xuân Hoa Trần Quang Thọ Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM (Bản nhận ngày 26 tháng 05 năm 2015, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 25 tháng 08 năm 2015) TĨM TẮT Bài báo trình bày kỹ thuật chia tải cho trở ngõ nghịch lưu áp Ngoài nghịch lưu áp ba pha kết nối song song báo trình bày khả khắc phục nhược lưới độc lập Trong đề xuất điều điểm giải thuật Droop truyền thống việc khiển droop cải tiến cho phép chia tải xác phân tích lý thuyết cho trường hợp tổng trở ngõ tỷ lệ với công suất định mức nghịch lưu mang tính trở Mơ hình điều khiển mơ đảm bảo giảm sụt áp ảnh hưởng tải Matlab-Simulink cho ba biến tần hệ số droop trì điện áp tải phạm vi nguồn áp kết nối song song Kết mô định mức Trong cơng suất tác dụng cơng cho thấy ưu điểm sơ đồ đề xuất, cụ thể sai số suất phản kháng chia cách điều chỉnh chia công suất tác dụng sơ đồ truyền thống điện áp theo điện áp Droop tham chiếu điều đạt đến 8.7% với sơ đồ đề xuất 0.6% kiện nhiều nghịch lưu làm việc song song với độ sụt áp giảm đáng kể sơ đồ đề xuất khác biệt rõ rệt tổng trở đường dây, tổng Từ khoá: Các nghịch lưu song song, điều khiển Droop truyền thống, chia công suất GIỚI THIỆU Hiện hệ thống lưới phân phối điện cục (DG) sử dụng nguồn lượng tái tạo mặt trời, gió nguồn lưu trữ phát triển rộng rãi Tuy nhiên nguồn điện không trực tiếp tạo điện áp xoay chiếu pha được, yêu cầu phải sử dụng nghịch lưu nguồn áp pha làm giao diện Các nghịch lưu tạo lưới siêu nhỏ (Microgrid) trước kết nối với lưới điện [1] - [4] nhiều nguồn phát với lưới cần thiết kết nối vận hành song song nghịch lưu khả mang dòng điện lớn thiết bị bán dẫn bị hạn chế Một lý khác nghịch lưu hoạt động song song tạo thành hệ thống dự phòng, nâng cao độ tin cậy hệ thống đồng thời tạo tính linh hoạt cho phép đóng ngắt nguồn vào lưới cách dễ dàng [3] Hình mô tả hệ thống Microgrid cung cấp điện với số nghịch Để truyền tải lượng công suất lớn hay kết nối Trang SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.19, No.K2 - 2016 lưu áp ba pha kết nối song song chia tải thông qua bus AC chung Hình Sơ đồ khối Microgrid gồm nghịch lưu kêt nối song song Việc kết nối song song các nghịch lưu chung AC vấn đề khó khăn phức tạp nhiều so với việc kết nối song song nguồn DC, nghịch lưu phải đảm bảo chia tải đồng thời đảm bảo đồng hệ thống Về lý thuyết, điện áp đầu nghịch lưu có biên độ, tần số độ lệch pha, dòng điện tải phân phối đồng Tuy nhiên, khác biệt thông số chúng khác biệt trở kháng đường dây kết nối, dòng tải không thực tế dẫn đến việc xuất dòng điện cân chạy biến đổi gây tải chí gây hư hỏng [3] Vấn đề đặt việc kết nối song song nghịch lưu làm để chia tải đảm bảo chúng kết nối hay ngắt cách linh hoạt không ảnh hưởng đến độ tin cậy hệ thống Sự phát triển nhanh chóng xử lý tín hiệu kỹ thuật số làm tăng kỹ thuật điều khiển hoạt động song song nghịch lưu Những sơ đồ điều khiển phân thành hai nhóm [3],[5]: Dạng thứ dựa kỹ thuật chia tải tích cực, phần lớn số họ có nguồn gốc từ Trang sơ đồ điều khiển song song dc-dc, điều khiển tập trung, dạng master-slave (MS), chia tải trung bình (ALS) , điều khiển chuỗi tròn (3C) Mặc dù sơ đồ điều khiển đạt kết điều khiển điện áp chia tải tốt sơ đồ yêu cầu bắt buộc có giao tiếp trao đổi tín hiệu nghịch lưu thông qua hệ thống truyền thông Dạng thứ hai hoạt động dựa việc sử dụng nguyên lý Droop, sử dụng rộng rãi hệ thống phát điện thông thường Ưu điểm không cần hệ thống thông tin truyền thông nghịch lưu với Theo phương pháp việc điều chỉnh tần số biên độ điện áp đầu thực theo công suất tác dụng công suất phản kháng cung cấp nghịch lưu Phương pháp droop đạt độ tin cậy cao tính linh hoạt phân bố mơ-đun, sử dụng phép đo công suất chỗ Tuy nhiên, phương pháp droop truyền thống có số nhược điểm làm hạn chế phạm vi ứng dụng nó, như: a) đáp ứng chậm với thay đổi tải; b) phải cân độ xác chia cơng suất độ lệch tần số điện áp; c) cân thành phần hài dòng điện; d) phụ thuộc nhiều vào đường dây trở kháng đầu biến tần Vì vậy, có tiến đáng kể việc nghiên cứu giải pháp, tồn vấn đề chia tải xác tỷ lệ với công suất định mức nghịch lưu Đặc biệt, độ xác việc chia tải cơng suất phản kháng (theo Q-E P-ω droop) không cao [6 Một số phương pháp phát triển để chia sẻ tải nhau, [7], áp dụng trực tiếp để chia sẻ theo tỷ lệ theo công suất định mức nghịch lưu Một vấn đề khác đặt điện áp đầu giảm gia tăng tải điều khiển Droop [7] Do đó, vấn đề chia tải tỷ lệ cần phải nghiên cứu sở hệ thống TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SOÁ K2- 2016 Trong sơ đồ điều khiển Droop truyền thống, để chia công suất theo tỷ lệ công suất định mức nghịch lưu kết nối song song, nghịch lưu phải có trở kháng phải có điện áp điểm kết nối phải Cả hai điều kiện khó thực lý áp dụng giải thuật truyền thống khó đạt độ xác việc chia công suất thông số đường dây kết nối khác Bài báo đề xuất sơ đồ điều khiển Droop cho phép chia tải tỷ lệ xác nghịch lưu vận hành song song Microgrids chế độ độc lập điều kiện khác biệt thông số đường dây trở kháng đầu nghịch lưu Ngoài ra, sơ đồ điều khiển đề xuất cho phép điều khiển trì điện áp tải định mức giảm ảnh hưởng tải, hệ số droop điện áp mô-đun sử dụng phép đo chỗ Nguyên tắc phương pháp điều khiển trượt truyền thống giải thích cách xem xét mạch tương đương nghịch lưu [9] kết nối với AC bus phân tích dựa định lý Thevenin thể hình Trong hình này, E∠ điện áp hở mạch nghịch lưu, I dòng điện,  độ lệch pha điện áp đầu nghịch lưu điện áp bus AC, V0∠00 điện áp bus AC chung, R + jωL trở kháng đầu biến tần, bao gồm trở kháng đầu trở kháng đường dây , Z θ biên độ lệch pha tương ứng Trong báo này, sơ đồ điều khiển droop đề xuất phân tích dựa sở điện trở đầu nghịch lưu mang tính trở áp dụng cho trường hợp cảm tổng quát, cách sử dụng phương pháp droop Q-E P-ω PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT (DROOP CONTROL) VÀ CHIA TẢI Phương pháp điều khiển trượt (Droop control) nghịch lưu - gọi phương pháp điều khiển độc lập hay không dây, hoạt động dựa nguyên lý hệ thống điện, tức dựa nguyên lý tự điều chỉnh máy phát điện đồng chế độ kết nối lưới : công suất tác dụng tăng điện áp giảm, công suất phản kháng tăng tần số lưới tăng Trong trường hợp nghịch lưu kết nối song song, công suất tác dụng công suất phản kháng cung cấp cho AC giá trị trung bình, tín hiệu sử dụng để làm tín hiệu tham chiếu điều chỉnh tần số biên độ điện áp đầu nghịch lưu Phương pháp droop đạt độ tin cậy cao đảm bảo tính linh hoạt việc đặt vị trí ý (a) (b) Hình 2.(a) Sơ đồ tương đương nghịch lưu kết nối Microgrid; (b) Biểu đồ vector điện áp dòng điện Sơ đồ điện mơ tả vector điện áp, dòng điện tương ứng thể hình (b) Cơng suất nghịch lưu cung cấp tính sau: S  V0 * I *  P  jQ  V0 E V2 (   )   Z Z (1) Trong I * - số phức lien hợp vector dòng điện và: I  E  V0 0 E V  (   )  ( ) (2) Z  Z Z Trang SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.19, No.K2 - 2016 Z  R  jX (3) Do đó, cơng suất tác dụng công suất phản kháng nghịch lưu biểu diễn dạng sau: P( Q( V0 E V2 VE cos   ) cos   sin  sin  (4) Z Z Z V0 E V2 VE cos   )sin   sin  cos  (5) Z Z Z Các thành phần cảm ứng trở kháng đường dây lưới cao trung có giá trị cao nhiều so với thành phần điện trở, ngược lại thành phần cảm ứng trở kháng đường dây lưới hạ khơng đáng kể chủ yếu mang tính trở, trình bày [9] Do phạm vi báo liên quan đến lưới hạ thế, thành phần điện trở đường dây lớn so với thành phần cảm ứng kháng trở nghịch lưu coi cos = 1; sin = Ngồi ra, thực tế góc lệch điện áp điện áp đầu nghịch lưu điện áp bus AC  có giá trị nhỏ, sin cos = 1, từ biểu thức (4) (5) ta có: P EV0 cos   V0 RP  E  V0  R V0 Q EV RQ i sin      R EV0 (6) E  E*  nP  *     mQ (8) Trong * E* tần số biên độ điện áp nghịch lưu không tải m n hệ số droop tần số biên độ điện áp Trên sở biểu thức (8), sơ đồ điều khiển droop thiết kế thể hình (7) Biểu thức (6) (7) cho thấy mối quan hệ trực tiếp góc điện (tần số) với công suất phản kháng Q, điện áp với cơng suất tác dụng P Từ phương trình này, kết luận Q tỷ lệ với góc pha  P tỷ lệ nghịch với hiệu điện áp (E-V0) Vì vậy, đặc tính droop P-V Q-ω sử dụng theo công thức (8) trình bày hình Trang Hình Đặc tính droop điện áp tần số tổng trở ngõ mang tính trở Hình Sơ đồ điều khiển Droop truyền thống Sơ đồ điều khiển Droop bao gồm khối sau: a) khối tạo điện áp tham chiếu; b) khối tính tốn cơng suất tải c) khối điều khiển cơng suất P,Q Trong điện áp tham chiếu tính cơng thức (9) công suất phản kháng Q tỷ lệ thuận với (-) Để đảm bảo rằng: TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K2- 2016 vòng hồi tiếp (Q -) vòng hồi tiếp âm mà điều chỉnh tần số, dấu trước (m*Q) phải dấu (+) để làm cho tần số tăng lên Các hệ số droop n m thường xác định tỷ lệ điện áp giảm mong muốn (nP*/E*) tỷ lệ tăng tần số (mQ*/E*), tương ứng, Trong P* cơng xuất tác dụng cơng suất phản kháng Q* định mức, E*, * - điện áp tốc độ góc nghịch lưu khơng tải vref  2E sin(t   ) Như giải thích, để đạt chia cơng suất xác, tất nghịch cần phải có điện áp điểm kết nối tải v0 Như V00 v0  vref1  R01i1  vref  R02i2 (11) Các hệ số m n xác định dựa công suất định mức sai lệch tối đa cho phép tần số sức điện áp (9) CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC SONG SONG CÁC BỘ NGHỊCH LƯU Phân tích hoạt động nghịch lưu kết nối song song tích hợp sơ đồ điều khiển Droop cấu hình lưới Microgrid trình bày hình Những phân tích phần thực trường hợp với hai nghịch lưu, nhiên áp dụng cho nhiều nghịch lưu kết nối song song Các nghịch lưu hình coi tập hợp nguồn mạng điện phân phối nguồn áp kết nối với tải chung thông qua đường dây Để đơn giản việc phân tích ta giả thiết đường dây có điện trở R01 R02 thành phần cảm đường dây không đáng kể n V0 dmax  V0d max  min ; m Qmax Pmax Trong microgrid với N nghịch lưu kết nối song song, nghịch lưu chia sẻ cơng suất theo tỷ lệ, hệ số droop nghịch lưu phải tỷ lệ nghịch với công suất định mức tức là, ni , mi phải thoả mãn ràng buộc sau [10]  n1 P1  n P2   n N PN   E m ax   m1 Q1  m Q   m N Q N    max (12) Trong đó, max Emax độ lệch tốc độ góc điện áp tối đa cho phép, Pi Qi công suất tác dụng, công suất phản kháng định mức nguồn thứ i Từ biểu thức (12) suy n1 n2 n    N m1 m2 mN (13) A.Chia công suất tác dụng Thay biểu thức (8) vào cơng thức (6) ta tính cơng suất tác dụng cung cấp nghịch lưu sau: Hình Hai nghịch lưu hoạt động song song Các điện áp tham chiếu tương ứng hai nghịch lưu vref  E1 sin(1t  1 )  vref  E2 sin(2t  2 ) (10) P1  E* cos 1  V0 E* cos2 V0 ; P2  (14) R01 R02 n1 cos 1  n2 cos2  V0 V0 Để hai nghịch lưu chia cơng suất xác theo tỷ lệ, phải thỏa mãn điều kiện (12), nghĩa là: Trang SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.19, No.K2 - 2016 n1 P1  n2 P2  E * cos 1  V0 E * cos 2  V0  R R cos 1  01 cos 2  02 n1V0 n2V0 (15) Từ ta suy ra, để thỏa mãn điều (15) n  n1    R 01 R02     (16) Nói cách khác ni nên chọn cho tỷ lệ với điện trở đầu R01 độ lệch điện áp nghịch lưu phải Thay điều kiện (8) vào (6) ta chênh lệch điện áp hai nghịch lưu: E  E  E1  E * cos 1  V0 E * cos 2  V0  R01 R cos 1  cos 2  02 n1V0 n2V0 Thay biểu thức (8) vào cơng thức (7) ta tính cơng suất cung cấp nghịch lưu sau: Q1  EV EV sin 1 ; Q2  sin 2 R01 R02 (21) Để đảm bảo tính xác việc chia cơng suất phản kháng cho hai nghịch lưu song song, phải thỏa mãn điều kiện (12): Q1m1  Q2 m2  m1 E1V0 EV sin 1  m2 sin 2 R01 R02 (22) Khi hệ thống trạng thái xác lập, hai nghịch lưu làm việc theo tần số 1=2 tức 1=2 E1=E2 : m1 m2  R01 R02 (17) (23) Nếu (16) thỏa mãn (17) thỏa mãn Điều kiện để hai nghịch lưu chia công suất phản kháng  E  E  E1   E  E Như điều kiện để hai nghịch lưu chia công suất tác dụng E1  E2  n2  n1 R  R 02  01 (18) Theo (8) chênh lệch công suất tác dụng phụ thuộc vào độ lệch điện áp: Pi   Ei ni (19) Sai số chia công suất xác định theo công thức: * ep %  * * P1 P2 E  E1 E  E E E  *    * * * P1 P2 n1 P1 n2 P2 ni Pi * E * 1  2   m1 m2 R  R 02  01 Từ (18) (24) ta rút kết luận để nghịch lưu với trở kháng đầu trở đạt chia cơng suất tác dụng xác tỷ lệ với công suất định mức chúng điều kiện (18), đạt tỷ lệ thuận chia xác công suất phản kháng Nếu đạt tỷ lệ thuận chia công suất phản kháng theo điều kiện (24), đạt tỷ lệ thuận chia sẻ cơng suất tác dụng Như với sơ đồ điều khiển Droop truyền thống, theo biểu thức (20) hệ số droop n giảm sai số chia cơng suất tăng, nhiên độ sụt áp (20) giảm B Chia công suất phản kháng (24) ni Pi * E* ngược lại n tăng độ sụt áp tăng sai số chia cơng suất giảm phải tối Trang 10 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K2- 2016 ưu hóa hai số để hệ thống đạt đáp ứng yêu cầu Để đảm bảo chia công suất tác dụng phản kháng phải đảm bảo thỏa mãn đồng thời điều kiện E1 = E2 1 =2 Tuy nhiên, thực tế việc đáp ứng yêu cầu khó khăn ln ln có số lỗi tính tốn, nhiễu Ngồi ra, độ lệch điện áp, sai khác chia cơng suất phụ thuộc vào công suất tải, hệ số droop thông số trở kháng đường dây Vì vậy, với giải thuật droop truyền thống việc chia tải xác khó khăn SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN DROOP ĐỀ XUẤT Theo biểu thức (10), điện áp tải Vo giảm tải tăng Các điện áp giảm ảnh hưởng hệ số droop, theo biểu thức (8) Hệ số ni nhỏ điện áp giảm càng Tuy nhiên, hệ số ni cần phải đủ lớn để đáp ứng nhanh công suất Để đảm bảo điện áp nằm phạm vi yêu cầu, cần phải bù vào sụt áp E* -V0 giá trị định Để giải vấn đề trên, dựa vào nguyên tắc lý thuyết điều khiển, ta thêm vào Ei thông qua khuếch đại ke, ta thu điều khiển droop cải tiến trình bày hình Với sơ đồ điều khiển có giảm đáng kể ảnh hưởng lỗi tính tốn, nhiễu , đồng thời đảm bảo chia cơng suất xác theo tỷ lệ khơng phụ thuộc vào thay đổi tham số Ei  Ei  E*  ni Pi (25) Và điện áp Ei xác định qua việc lấy tích phân Ei : t Ei   Ei dt (26) Trong trạng thái xác lập tích phân 0, ni Pi  ke (E* V0 ) (27) Điều kiện để nghịch lưu làm việc song song chia công suất tác dụng tỷ lệ với cơng suất định mức chúng phải thỏa mãn điều kiện (12), có nghĩa là vế phải biểu thức (27) tất nghịch lưu Điều thực cách lựa chọn giá trị ke nghich lưu nhau, tức ni Pi  Ke (E* V0 )  const (28) Như đảm bảo chia cơng suất tác dụng xác theo tỷ lệ mà không cần điều khiển cho điện áp nghịch lưu Ei phải trường hợp điều khiển droop thơng thường Độ xác việc chia sẻ cơng suất tác dụng khơng phụ thuộc vào trở kháng đầu biến tần (bao gồm trở kháng đường dây) không bị ảnh hưởng với lỗi tính tốn số học rối loạn Sai số việc chia sẻ công suất tác dụng xuất phát từ lỗi đo lường giá trị hiệu dụng điện áp tải Từ (27), độ lệch công suất tác dụng ΔPi sai số đo lường trị hiệu dụng điện áp ΔV0i xác định: Pi   Hình Sơ đồ điều khiển đề xuất Điện áp droop (4) viết lại sau : ke V0i ni (29) Đối với hai nghịch lưu hoạt động song song với công suất định mức P1*, P2*, Tỷ lệ sai Trang 11 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.19, No.K2 - 2016 sô chia công suất với sai số đo lường trị hiệu dụng điện áp ΔV0 = V02-V01 xác định ep %  P1 P2 P1 P2 ke E * V0    *  P1* P2* P1* P2 ni Pi* E * (30) Nếu cảm biến đo điểm nối chung xác Vo việc chia sẻ cơng suất xác đạt ep% phần trăm sai số chia tải tỷ lệ với tỷ lệ sai số đo lường ΔVo/E* Nếu điện áp Vo tất nghịch lưu đo lường xác sai số chia công suất tác dụng theo tỷ lệ Sơ đồ điều khiển cho phép giảm sụt giảm điện áp tải Từ (15), điện áp tải V0  E*  ni nP Pi  E*  i i* E* ke ke E (31) Theo sơ đồ điều khiển đề xuất bù sụt giảm điện áp ảnh hưởng tải hiệu ứng droop đó, cung cấp khả tốt nhiều điều chỉnh điện áp Sự sụt giảm điện áp khơng định trở kháng đầu sơ đồ truyền thống mà phụ thuộc vào thông số ni, ke công suất Pi Độ sụt áp niPi*/keE* điều khiển giảm cách tăng ke Tuy nhiên, có sai số phép đo điện áp hiệu dụng nghịch lưu, phải cân nhắc cải thiện chất lượng điện áp độ xác việc chia cơng suất sụt giảm điện áp tỷ lệ thuận với ni/ke sai số chia công suất lại tỉ lệ nghịch với ni/ke THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN Từ kết phân tích phần IV, sơ đồ khối Microgrid bao gồm ba nghịch lưu kết nối song song trình bày hình Trong nghịch lưu tích hợp điều khiển với tín hiệu vào chung điện áp tốc độ đặt Tín hiệu hồi tiếp bao gồm điện áp dòng điện đo lường nghịch lưu Trang 12 Hình Trình bày sơ đồ điều khiển 01 nghịch lưu theo phương pháp đề xuất bao gồm: a) khối tính tốn cơng suất; b) khối điều khiển droop đề xuất; c) khốí điều khiển điện áp; d) khối điều khiển dòng điện 5.1 Khối tính tốn cơng suất – Power Calculation Như thể hình đây, giá trị tức thời cơng suất tác dụng phản kháng tính từ điện áp dòng điện ngõ nghịch lưu đo Các thành phần công suất tức thời qua lọc thấp qua, thể (4), để thu công suất tác dụng, phản kháng tần số Trong c tần số cắt lọc thông thấp: P ( v d id  v q iq ) (32) Q ( vd iq  v q id ) (33) F (s)  c c  s (34) Việc điều khiển chia công suất P Q nghịch lưu thực sơ đồ điều khiển droop – trình bày hình phần IV Tần số, điện áp đặt thiết lập theo hệ số droop pha thiết lập     mQ i (35)    * t   mi Qdt (36) E   [ke ( E *  V0 )  nP ]dt (37) TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K2- 2016 Hình Sơ đồ khối điều khiển Microgrid gồm ba nghịch lưu kết nối song song Hình Sơ đồ điều khiển nghịch lưu theo phương pháp đề xuất Trang 13 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.19, No.K2 - 2016 5.2 Vòng điều khiển điện áp – Voltage Control Loop Hình mơ tả điều khiển áp bao gồm vòng điều khiển feedback feedforward Điện áp ngõ điều khiển PI, phương trình quan hệ vào lập sau ii*d  Fid *Cf vq  Kpv (vd*  vd )  Kivd (38) iiq*  Fiq *Cf vq  Kpv (vq*  vq )  Kivq (39) Phương trình trạng thái cho vòng hồi tiếp áp viết phương trình bên Ngõ điều khiển áp dòng điện đặt vào điều khiển dòng 5.3 Vòng điều khiển dòng điện - Current controller Loop Mơ hình điều khiển dòng tương tự điền khiển áp Dòng điện cuộn lọc đầu điều khiển PI controller biến trạng thái lựa chọn để lập phương trình trạng thái vòng điều khiển vi*d  *Lf iq  K pc (id*  id )  Kic d (40) viq*  *Lf id  K pc (iq*  iq )  Kic q (41) n (V/W) Hệ số droop điện áp 1x10-2 m (Hz/Var) Hệ số droop tần số 34.3e-6 ke Hệ số VDC Điện áp ngõ vào 600V Rf () Điện trở cuộn lọc 0.1; Cf (F) Tụ lọc ngõ 20e-6F Tải (kW) Tải chung lớn a) Trường hợp 1- công suất định mức inverter thông số đường dây có giá trị theo bảng Thơng số Inverter Inverter Inverter R() 0.7 0.7 0.7 L(H) 0.002 0.002 0.002 Pdm*(pu) 1 Mô tiến hành cho hai sơ đồ truyền thống sơ đồ đề xuất với tải chung 4.5 kW thể hình 9, 10 Kết cho thấy khả đáp ứng chia tải hệ thống tốt, độ sai số chia công suất tác dụng phản kháng gần KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Mơ hình điều khiển mơ phần mềm Matlab/Simulink, thực điều khiển nghịch lưu công suất định mức 2kW với thơng số mơ hình trình bày bảng theo hai phương pháp: truyền thống phương pháp đề xuất trường hợp Kết mô so sánh,đánh giá kết luận Bảng Các thông số biến tần Ký hiệu Tham số Giá trị E* (V) Điện áp ngõ danh định 311 w* (rad/s) Tần số danh định 2π50 Trang 14 Hình Cơng suất nghịch lưu theo sơ đồ truyền thống TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K2- 2016 Hình 11 Công suất nghịch lưu theo sơ đồ truyền thống Hình 10 Cơng suất nghịch lưu theo sơ đồ đề xuất b) Trường hợp 2- công suất định mức inverter nhau, thông số đường dây khác có giá trị theo bảng Thông số Inverter Inverter Inverter R() 0.3 0.7 0.9 L(H) 0.001 0.002 0.003 Pdm*(pu) 1 Mô tiến hành cho hai sơ đồ truyền thống sơ đồ đề xuất với tải chung 4.5 kW thể hình 11, 12 Kết cho thấy thời gian xác lập sơ đồ truyền thống nhanh so với sơ đồ đề xuât (3 s) Sai số chia công suất phản kháng hai sơ đồ Tuy nhiên, sai số chia công suất tác dụng sơ đồ truyền thống lớn đặc biệt inverter inverter 8,7% (theo công thức (30)), sai số sơ đồ đề xuất khơng đáng kể Hình 12 Cơng suất nghịch lưu theo sơ đồ đề xuất c) Trường hợp 3- công suất định mức inverter, thông số đường dây khác có giá trị theo bảng Thông số Inverter Inverter Inverter R() 0.3 0.7 0.9 L(H) 0.001 0.002 0.003 Pdm*(pu) 1 1/2 Mô tiến hành cho hai sơ đồ truyền thống sơ đồ đề xuất với tải chung 4.5 kW thể hình 13, 14 Kết cho thấy sai số chia công suất phản kháng hai Trang 15 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.19, No.K2 - 2016 sơ đồ nhỏ Các nghịch lưu chia tải tỷ lệ theo công suấ định mức chúng Tỷ lệ chia tải sơ đồ đề xuất đảm bảo xác Sai số chia cơng suất tác dụng củasơ đồ truyền thống inverter inverter 7,2% , inverter inverter 3,4% sai số sơ đồ đề xuất 0.6% 0.1% Thông số Inverter Inverter Inverter R() 0.3 0.7 0.9 L(H) 0.001 0.002 0.003 Pdm*(pu) 1 1/2 Mô tiến hành cho hai sơ đồ truyền thống sơ đồ đề xuất với tải chung thay đổi từ 4.5 kW đến kW thể hình 15, 16 Kết cho thấy đáp ứng hai sơ đồ Trong đó, thời gian xác lập sơ đồ truyền thống nhanh so với sơ đồ đề xuât Tuy nhiên, sai số chia công suất tác dụng sơ đồ truyền thống inverter lớn nhiều sơ với sơ đồ đề xuất Dạng điện áp dòng điện thể hình 17 18 cho thấy độ sụt áp của sơ đồ truyền thống lớn so với sơ đồ đề xuất: tải định mức 14V so với 8V; 9V so với 4V Hình 13 Cơng suất nghịch lưu theo sơ đồ truyền thống Hình 15 Công suất nghịch lưu theo sơ đồ truyền thống Hình 14 Cơng suất nghịch lưu theo sơ đồ đề xuất d) Trường hợp 4- thay đổi tải chung với công suất định mức inverter, thơng số đường dây khác có giá trị theo bảng Trang 16 TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ K2- 2016 Hình 16 Cơng suất nghịch lưu theo sơ đồ đề xuất Hình 18 Điện áp dòng điện tải sơ đồ đề xuất KẾT LUẬN Hình 17 Điện áp dòng điện tải sơ đồ truyền thống Bài báo trình bày sơ đồ điều khiển Droop cải tiến cho phép chia cơng suất xác tỷ lệ với công suất định mức nghịch lưu áp ba pha kết nối song song lưới độc lập Sơ đồ đề xuất không yêu cầu điều kiện điện áp nghịch, hay tỷ lệ điện trở đường dây với hệ số droop Kết mô cho nhiều nghịch lưu cho thấy ưu điểm vượt trội sơ đồ đề xuất so với sơ đồ truyền thống đặc biệt thể trường hợp thông số đường dây kết nối nghịch lưu khác Khi đó, sai số chia cơng suất tác dụng sơ đồ truyền thống đạt đến 8.7% với sơ đồ đề xuất 0.6% Độ sụt áp sơ đồ đề xuất cải thiện từ 50%-65% so với sơ đồ truyền thống Lời cám ơn: Nghiên cứu tài trợ Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) khn khổ đề tài mã số B2014-20-06 Trang 17 SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol.19, No.K2 - 2016 Analysis and design of new droop control scheme for three-phase parallel inverters in standelone Microgrid  Le Minh Phuong  Nguyen Minh Huy  Pham Thi Xuân Hoa  Tran Quang Tho 2 Faculty of Electrical & Electronic Engineering, HCMC University of Technology, VNU-HCM HCMC University of Technology and Education ABSTRACT This paper presents a new load sharing addition the paper presents the ability to technique for parallel-connected three-phase overcome the disadvantages of traditional droop inverters in Standelone Microgrid The paper scheme The proposed model is simulated by proposed improvements droop controller to Matlab-Simulink for parallel-connected threeaccurate load share by ratio with rated power of phase inverters The simulation results proved the inverter In addition, the proposed scheme the technical soundness and advantages of the ensures reduced load voltage droop due to the proposed in comparision with a tradition scheme load and droop In the paper, the active power even if the output impedance is resistance and reactive power are divided by voltage reactance in power sharing and load voltage regulation under reference voltage in conditions drop reduce problems of stark difference between line impedances, In Keywords: parallel inverters, Droop control, virtual output impedance, power sharing TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R Lasseter, “Microgrids,” inProc IEEE Power Eng Soc Winter Meeting,2002, vol 1, pp 305–308 [2] G Weiss, Q.-C Zhong, T C Green, and J Liang (2004, Jan.).Horepetitive control of DC-AC converters in microgrids.IEEE Trans.Power Electron.[Online] 19(1), pp 219–230 Available: http://dx.doi.org/10.1109/TPEL.2003.82056 Trang 18 [3] J Guerrero, J Vasquez, J Matas, M Castilla, and L García de Vica,“Control strategy for flexible microgrid based on parallel lineinteractive UPS systems,”IEEE Trans Ind Electron., vol 56, no 3, pp 726–736, Mar 2009 [4] S V Iyer, M N Belur, and M C Chandorkar, “A generalized computational method to determine stability of a multiinverter microgrid,”IEEE Trans Power TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SOÁ K2- 2016 [5] [6] [7] [8] [9] Electron., vol 25, no 9, pp 2420–2432, Sep 2010 J M Guerrero, L García de Vica, and J Uceda, “Uninterruptible powersupply systems provide protection,” IEEE Ind Electron Mag.,vol.1, no 1, pp 28–38, 2007 M Chandorkar, D Divan, and R Adapa, “Control of parallel connected inverters in standalone AC supply systems,” IEEE Trans Ind Appl.,vol 29, no 1, pp 136–143, Jan./Feb 1993 C Sao and P Lehn, “Autonomous load sharing of voltage source converters,”IEEE Trans Power Del., vol 20, no 2, pp 1009– 1016, Apr 2005 Wei Yao, Min Chen, José Matas, Josep M Guerrero,Senior Member, IEEE,and ZhaoMing Qian,Senior Member, IEEE “Design and Analysis of the Droop Control Method for Parallel Inverters Considering the Impact of the Complex Impedance on the Power Sharing” IEEE Trans On Inductrial Electronics, vol 58, no 2, pp 576–588, Feb 2011 Joan Rocabert, Member, IEEE, Alvaro Luna, Member, IEEE, Frede Blaabjerg, Fellow, IEEE,and Pedro Rodr´ıguez, Senior Member, IEEE “Control of Power Converters in AC Microgrids” IEEE Trans On Power Electronics, vol 27, no.11, pp 4734–4749, Feb 2012 [10] J Guerrero, L Hang, and J Uceda, “Control of distributed uninterruptible power supply systems,” IEEE Trans Ind Electron., vol 55, no 8, pp 2845–2859, Aug 2008 [11] Dan Wu; Fen Tang; Guerrero, J.M.; Vasquez, J.C.; Guoliang Chen; Libing Sun "Autonomous active and reactive power distribution strategy in islanded microgrids", Autonomous active and reactive power distribution strategy in islanded microgrids Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2014 Twenty-Ninth Annual IEEE [12] Dan Wu; Fen Tang; Vasquez, J.C.; Guerrero, J.M “Control and analysis of droop and reverse droop controllers for distributed generations” Multi-Conference on Systems, Signals & Devices (SSD), 2014 11th International Trang 19 ... tỉ lệ nghịch với ni/ke THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN Từ kết phân tích phần IV, sơ đồ khối Microgrid bao gồm ba nghịch lưu kết nối song song trình bày hình Trong nghịch lưu tích hợp điều khiển với... CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC SONG SONG CÁC BỘ NGHỊCH LƯU Phân tích hoạt động nghịch lưu kết nối song song tích hợp sơ đồ điều khiển Droop cấu hình lưới Microgrid trình bày hình Những phân tích phần thực trường... Vol.19, No.K2 - 2016 lưu áp ba pha kết nối song song chia tải thông qua bus AC chung Hình Sơ đồ khối Microgrid gồm nghịch lưu kêt nối song song Việc kết nối song song các nghịch lưu chung AC vấn