Thiết kế bộ điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn QZ trong hệ thống pin năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN THỊ THANH VÂN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO NGHỊCH LƯU NGUỒN QZ TRONG HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 8520216 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Kim Ánh Phản biện 1: TS Giáp Quang Huy Phản biện 2: TS Nguyễn Khánh Quang Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển & Tự động hóa họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 18 tháng 01 năm 2020 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, với tình hình dân số khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng, nhu cầu điện ngày tăng trở thành yếu tố thiếu sống Để đáp ứng nhu cầu dùng điện, việc khai thác sử dụng hiệu nguồn lượng truyền thống thủy điện nhiệt điện việc khai thác đưa vào sử dụng dạng lượng tái tạo (như lượng mặt trời, gió,…) ngày nhận quan tâm lớn tồn giới lợi ích nguồn lượng sẵn có, vơ tận nguồn lượng không gây hại cho môi trường Trong đó, biến đổi cơng suất từ dạng điện áp chiều (DC) sang xoay chiều (AC) đóng vai trị quan trọng hệ thống lượng tái tạo, hệ thống lượng mặt trời (PV) Trong năm gần đây, nghịch lưu nguồn Z (ZSI) xem giải pháp hữu ích nhờ lợi ích có khả nâng cao điện áp chiều đầu vào khắc phục nhược điểm tượng ngắn mạch xảy khóa bán dẫn Bằng cách cải tiến cấu trúc ZSI, nghịch lưu qZSI dự kiến phù hợp cho ứng dụng hệ thống PV khả đạt dòng điện đầu vào liên tục giảm điện đặt tụ điện Có nhiều phương pháp để điều khiển nghịch lưu nguồn qZ điều khiển PI sử dụng rộng rãi cho qZSI PI có số hạn chế tính phi tuyến hệ thống Trong phương pháp điều khiển hệ phi tuyến, phương pháp điều khiển dự báo theo mơ hình (MPC - Model Prediction Control) coi phương pháp điều khiển thay mạnh mẽ cho ứng dụng điện tử cơng suất 2 Vì việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp điều khiển dự báo hệ thống pin lượng mặt trời giải pháp quan trọng có ý nghĩa thực tiễn Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn là: - Xây dựng cấu trúc nghịch lưu nguồn qZ cho hệ thống pin lượng mặt trời (Photovoltaic - PV) - Xây dựng mơ hình tốn học nghịch lưu nguồn qZ - Thiết kế điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZ hệ thống pin lượng mặt trời - Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để kiểm chứng mơ hình, phương pháp đánh giá kết Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: cấu trúc nghịch lưu nguồn qZSI Phạm vi nghiên cứu: phương pháp điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZSI nhắm đến áp dụng hệ thống pin lượng mặt trời công suất vừa nhỏ Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: - Nghiên cứu tài liệu nghịch lưu nguồn qZ thuật toán điều khiển sử dụng hệ thống - Nghiên cứu lý thuyết xây dựng mơ hình mạch lực, mạch điều khiển hệ thống điện mặt trời nối lưới Nghiên cứu thực nghiệm: - Tất công việc đề tài mô kiểm chứng phần mềm Matlab/Simulink 3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Việc nghiên cứu lĩnh vực điện lượng mặt trời có ý nghĩa quan trọng góp phần khai thác triệt để nguồn lượng tự nhiên to lớn nguồn lượng truyền thống ngày cạn kiệt Đề tài hoàn thành tài liệu mang lại nhiều ý nghĩa việc thiết kế nghịch lưu lĩnh vực lượng tái tạo với giá thành thấp tin cậy Cấu trúc luận văn Chương 1: Tổng quan hệ thống pin lượng mặt trời Chương giới thiệu tổng quan cấu trúc hệ thống pin lượng mặt trời vai trò thành phần hệ thống Chương 2: Nghịch lưu nguồn qZ Chương trình bày cấu trúc mạch lực mơ hình tốn học nghịch lưu nguồn qZ cho hệ thống pin lượng mặt trời, giới thiệu phương pháp điều khiển nghịch lưu nguồn qZ Chương 3: Xây dựng thuật toán điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZ Giới thiệu phương pháp điều khiển dự báo, đưa cấu trúc nguyên lý làm việc phương pháp điều khiển dự báo FCS - MPC, xây dựng thuật toán điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZ Chương 4: Mô hệ thống đánh giá kết Trên sở lý luận đề xuất chương chương 3, để kiểm chứng kết nghiên cứu lý thuyết, chương trình bày thiết kế mơ hình hóa hệ thống, thực mơ hệ thống phần mềm Matlab/Simulink đánh giá kết 4 CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Cấu trúc hệ thống pin lượng mặt trời 1.2 Giới thiệu pin mặt trời 1.2.1 Đặc tính làm việc pin mặt trời 1.2.2 Cách ghép nối pin mặt trời 1.3 Các biến đổi hệ thống pin lượng mặt trời 1.3.1 Bộ biến đổi DC/DC 1.3.2 Bộ biến đổi DC/AC 1.4 Phương pháp tìm điểm làm việc cơng suất cực đại (MPPT) 1.5 Kết luận CHƯƠNG NGHỊCH LƯU NGUỒN QZ 2.1 Giới thiệu nghịch lưu 2.2 Cấu trúc nghịch lưu nguồn qZ Trong tất cấu trúc phát triển dựa ZSI, nghịch lưu nguồn qZ trình bày Hình 2.4 cải thiện hạn chế ZSI, tạo dòng đầu vào liên tục đầu vào cuộn cảm điện áp thấp với tỉ lệ tăng Hơn cấu trúc có tụ C1 DC-link kết nối chung nghịch lưu nguồn vào Xét số thành phần cấu thành, có số thành phần so với cấu trúc liên kết khác Giữ nguyên hai cuộn cảm hai tụ điện ZSI gốc Điện áp dịng từ mơ PV kết nối với mạng nghịch lưu qZ bao gồm mạng LC đối xứng L1, L2, C1 C2 cộng với diode D Hình 2.4: Nghịch lưu nguồn qZ cho hệ thống nghịch lưu PV 2.3 Xây dựng mơ hình tốn học nghịch lưu nguồn qZ Trong qZSI có xuất hai trạng thái chính, trạng thái “ngắn mạch” (Shoot-through) “không ngắn mạch” (non-Shootthrough) 6 iinv (a) (b) Hình 2.5: Mạch tương đương QZSI (a) trạng thái “ngắn mạch” (b) trạng thái “khơng ngắn mạch” Việc kiểm sốt qZSI chủ yếu phụ thuộc vào trạng thái chuyển mạch qZSI gồm trạng thái vector biết VSI (6 vector tích cực v1 ÷ v6 vector v0, v7 – cịn gọi vector chuẩn) thêm trạng thái thứ trạng thái “ngắn mạch” Trạng thái “ngắn mạch” xuất nhánh van, hai nhánh van ba nhánh van mạch nghịch lưu Để giảm độ phức tạp tính tốn, trạng thái chuyển mạch tạo qZSI đưa dạng Bảng 2.3 Bảng 2.3: Bảng trạng thái chuyển mạch tạo qZSI Trạng thái Điện áp ngõ S1 S3 S5 S4 S6 S2 hoạt động nghịch lưu v0  Trạng thái “không ngắn mạch” v1  Vdc v2  (1  j )Vdc v3  (1  j )Vdc v4   Vdc v5  (1  j )Vdc 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 Trạng thái “ngắn mạch” v6  (1  j )Vdc 1 v7  1 1 1 Do qZSI hoạt động trạng thái khác nhau, liên kết mơ hình dẫn xuất riêng Để đơn giản hóa mơ hình hóa để dễ dàng tính tốn, biến biểu thị hệ thống mặt phẳng tọa độ tĩnh (αβ) thay hệ thống ba pha (abc) Khoảng thời gian “ngắn mạch” xác định T0, khoảng thời gian “không ngắn mạch” xác định T1 thời gian chuyển đổi van nghịch lưu Ts, đó: Ts = T0 + T1 Khi qZSI trạng thái “ngắn mạch” với thời gian T0 xác định từ chu kỳ chuyển đổi Ts, sử dụng Kirchoff có phương trình sau:  diL1  vC1  L1 dt  dv C1 C1  iL  dt (2.3) Khi qZSI làm việc trạng thái “không ngắn mạch” khoảng thời gian T1 chu kỳ chuyển đổi Ts, có phương trình sau:  diL1 L  Vin  vC1   dt  dv C1 C1  iL  iinv  dt  (2.4) Dòng điện đầu vào mạch nghịch lưu iinv xác định dòng điện tải trạng thái chuyển mạch nghịch lưu sau: iinv  Saia  Sbib  Scic (2.5) 2.4 Giới thiệu phương pháp điều khiển nghịch lưu nguồn qZ 2.5 Kết luận CHƯƠNG XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO NGHỊCH LƯU NGUỒN QZ 3.1 Giới thiệu phương pháp điều khiển dự báo 3.2 Xây dựng thuật toán điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZ Phần đề xuất giải thuật điều khiển dự báo Finite control set Model Predictive Control (FCS-MPC) cho nghịch lưu nguồn qZ hệ thống pin lượng mặt trời Mơ hình động học qZSI sử dụng để dự báo đáp ứng dòng điện tải, cuộn cảm điện áp tụ điện hai trường hợp ngắn mạch (Shootthrough) không ngắn mạch (non-Shoot-through) nghịch lưu Phương pháp điều khiển thể rõ thông qua sơ đồ Hình 3.5: Tối ưu Hàm mục tiêu qZSI Tải RL Mơ hình dự báo Hình 3.5: Sơ đồ phương pháp điều khiển FCS-MPC cho qZSI Điều khiển dự báo chủ yếu dựa việc đo điện áp tụ, dòng điện cuộn cảm phía DC dịng điện đầu phía AC qZSI Các giá trị đo sử dụng để dự đoán giá trị tương lai điện áp tụ C1, dòng điện cuộn cảm L1 dòng điện tải dựa vào mơ hình dự báo Mục tiêu điều khiển thực dựa hàm mục tiêu (cost function) Sau đó, giá trị nhỏ hàm mục tiêu đưa điều khiển khóa bán dẫn S1 đến S6 qZSI Vì phương pháp khơng cần đến khối điều chế Mơ hình qZSI: Các trạng thái chuyển mạch qZSI xác định tín hiệu cực cổng Sa, Sb Sc công thức (3.1), (3.2), (3.3): 1 S1 on S off Sa   0 S1 off S on (3.1) 1 S3 on S6 off Sb   0 S3 off S6 on (3.2) 1 S5 on S off Sc   0 S5 off S on (3.3) Vector không gian điện áp ngõ qZSI xác định công thức (3.5): vout  v an  a.vbn  a vcn   (3.5) Mối quan hệ vector điện áp tải vout trạng thái chuyển mạch S xác định công thức (3.7): vout  S.Vdc (3.7) Ở trạng thái ngắn mạch: vC1 (k  1)  vC1 (k )  iL1 (k  1)  iL1 (k )  TS iL (k ) C1 TS vC (k ) L1 Ở trạng thái không ngắn mạch: (3.8) (3.9) 10 TS (iL (k )  iinv (k )) C1 (3.10) TS (vin (k )  vC1 (k )) L1 (3.11) vC1 (k  1)  vC1 (k )  iL1 (k  1)  iL1 (k )  Mơ hình tải nghịch lưu: Điện áp ngõ mạch nghịch lưu xác định công thức (3.12): vout  L diout  R.iout  e dt (3.12) Dự đoán dòng điện tải: Một dạng thời gian rời rạc tải (3.12) với thời gian lấy mẫu TS sử dụng để dự đoán giá trị tương lai dòng điện tải cách sử dụng dòng điện đo thời điểm lấy mẫu thứ k Xấp xỉ đạo hàm di/dt Forward Euler:  T  T iout (k  1)  1  R S .iout (k )  S vout (k )  e(k )    L  L  (3.15) Mơ hình động tải biểu diễn khung tham chiếu tĩnh (αβ) phép biến đổi Clarke cho công thức (3.12): diout _  (3.16)  (vout _   Riout _   e ) dt L diout _  (3.17)  (vout _   Ri out _   e ) dt L Trong đó: điện áp ngõ khung (αβ) xác định điện áp đỉnh liên kết DC Vdc trạng thái chuyển mạch qZSI Sx: vout _   Vdc 2S a  S b  S c  3 vout _   Vdc S b  S c  (3.18) (3.19) 11 Phương trình mơ tả gián đoạn dịng điện tải thời điểm k+1 suy từ phương trình liên tục cơng thức (3.16) (3.17), sau sử dụng phương pháp xấp xỉ Forward Euler:  T  T iout _  (k  1)  1  R S .iout _  (k )  S vout _  (k )  e (k )  (3.20)   L  L   T  T iout _  (k  1)  1  R S .iout _  (k )  S vout _  (k )  e (k )  (3.21)   L  L  Hàm mục tiêu: Cấu trúc hàm mục tiêu quan trọng chiến lược kiểm sốt mơ hình dự đoán Hàm mục tiêu yếu tố quan trọng để chọn vector điện áp tối ưu Do đó, hàm mục tiêu nên có tất tham số tối ưu hóa ràng buộc áp đặt Dự đốn đạt dựa việc tối thiểu hóa hàm mục tiêu đề xuất Điều dẫn đến việc xác định trạng thái chuyển mạch tối ưu đảm bảo sai số tối thiểu giá trị tham chiếu giá trị dự đoán Hàm mục tiêu đề xuất [37] đáp ứng u cầu mơ hình trình bày thể công thức (3.22): * * * * g  iout _   iout _  (k  1)  iout _   iout _  (k  1)  vC vC1  vC1 (k  1)  iL iL1  iL1 (k  1) (3.22) Mục đích phương pháp điều khiển dự báo hữu hạn đề xuất theo dõi dịng điện tải tham chiếu Thêm vào đó, dịng điện dẫn điện áp tụ điều chỉnh theo giá trị tham chiếu Để đáp ứng mục đích điều khiển này, hàm mục tiêu chiến lược điều khiển mơ hình dự báo cho qZSI biểu diễn đầy đủ cơng thức (3.22) thuật tốn điều khiển FCS – MPC đề xuất tương ứng hình 3.7 12 Hình 3.7: Lưu đồ thuật tốn FCS-MPC cho qZSI [37] Hiệu suất FCS-MPC tăng cường giảm số lượng tính tốn đơn giản hóa hàm mục tiêu mà khơng ảnh hưởng đến hiệu suất kiểm sốt Theo cơng thức (3.9) (3.11), dịng điện dẫn tương lai iL1(k+1) có hai giá trị tất tám trạng thái chuyển mạch, không giống giá trị tương lai cho điện áp tụ dòng điện tải khác với tất trạng thái Mặc dù, có bảy trạng thái trường hợp "khơng ngắn mạch" dịng điện dẫn tương lai có giá trị thời gian Vì vậy, dịng điện dẫn chìa khóa việc chọn trạng thái "ngắn mạch" cho qZSI Hình 3.8 cho thấy chiến lược FCS-MPC đề xuất luận văn cho qZSI 13 Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán FCS-MPC đề xuất cho qZSI Trước hết, thuật toán đề xuất bắt đầu đo dòng điện dẫn, điện áp tụ dòng điện tải ba pha thời điểm lấy mẫu (k) Công suất đầu mong muốn sử dụng để tìm giá trị tham chiếu cho dòng điện tải dịng điện dẫn Các bước tính giá trị tương lai cho dòng điện dẫn trường hợp ngắn mạch trường hợp không ngắn mạch dựa công thức (3.9) (3.11) Các hàm mục tiêu phụ cho dịng điện dẫn trường hợp khơng ngắn mạch (gL-ns) trường hợp ngắn mạch (gL-s) đánh giá: 14 g L _ s  iL _ ref  iL _ s (k  1) (3.24) g L _ ns  iL _ ref  iL _ ns (k  1) (3.25) Sau đó, hàm mục tiêu phụ trường hợp ngắn mạch tối thiểu, trạng thái tối ưu hóa trạng thái ngắn mạch, áp dụng trực tiếp cho khóa bán dẫn nghịch lưu mà khơng cần kiểm tra bảy trạng thái khác Mặt khác, trường hợp không ngắn mạch cho hàm mục tiêu tối thiểu, thuật tốn phải qua vịng lặp để chọn trạng thái tối ưu hóa từ bảy trạng thái Chú ý điện áp tụ tương lai trường hợp ngắn mạch khơng tính Hàm mục tiêu bên vịng lặp kết hợp từ dịng điện tải điện áp tụ chúng có giá trị khác với trạng thái chuyển mạch công thức (3.26) [32]:      2  * * * g  iout _   iout_  (k  1)  iout_   iout_  (k  1)  vC vC1  vC1 (k  1) (3.26) Biểu đồ tổng thể mơ tả cho thuật tốn FCS-MPC đề xuất thể hình 3.8, biểu đồ phác họa hình 3.7 cho thuật toán [37], chứng minh tính khả thi thuật tốn đề xuất việc cải thiện sức mạnh tính tốn để thực thi mã chương trình, Bảng 3.1 tóm tắt số lần lặp cho phương trình hai thuật tốn ba tầng giai đoạn lấy mẫu Bảng 3.1: So sánh sức mạnh tính tốn thuật tốn FCS-MPC Cơng thức (3.15) (3.11) (3.10) (3.9) (3.8) (3.26) (3.22) Tổng cộng Thuật toán đề xuất Thuật toán [37] 3.3 Kết luận 7x2 1x3 7x2 1x3 8x3 7x3 7x3 1x3 1x3 7x2 - 48 - 8x3 96 15 Phương pháp điều khiển theo mơ hình dự báo với số phần tử hữu hạn (FCS-MPC) kỹ thuật áp dụng rộng rãi cho qZSI nhờ vào thiết kế đơn giản (khơng có cấu trúc điều khiển nối tầng khối điều chế) dễ dàng thực thi Lợi ích FCS-MPC phi tuyến tính hệ thống nhiều đầu vào nhiều đầu (MIMO), ràng buộc bù thời gian trễ tích hợp trực tiếp vào điều khiển [32-38] Trong chương này, mơ hình động học qZSI sử dụng để dự báo đáp ứng dòng điện tải, cuộn cảm điện áp tụ điện hai trường hợp ngắn mạch (Shoot-through) không ngắn mạch (non-Shootthrough) nghịch lưu Sau đó, mục tiêu điều khiển hệ thống bao gồm bám dòng điện tải đầu ra, dòng điện cuộn cảm điện áp tụ điện đạt thông qua hàm mục tiêu xác định Cuối cùng, trình tối ưu hóa hàm mục tiêu tiến hành để xác định trạng thái chuyển mạch tốt nhất, đưa điều khiển đóng cắt khóa bán dẫn nghịch lưu Thuật tốn đề xuất giảm khối lượng tính tốn giúp dễ cài đặt điều khiển xử lý kỹ thuật số thông dụng, giá thành thấp hệ thống thực tế Tính quan trọng có cách sử dụng hàm mục tiêu phụ dòng điện dẫn việc chọn trường hợp ngắn mạch trường hợp không ngắn mạch Chọn trường hợp ngắn mạch từ đầu mà khơng qua vịng lặp giảm khối lượng tính tốn Ngồi ra, hàm mục tiêu FCS-MPC đề xuất đơn giản hóa bao gồm hệ số trọng số cho điện áp tụ Luận văn cho thấy mơ hình điều khiển dự báo cho qZSI điều khiển đầy hứa hẹn với độ tin cậy tính linh hoạt cao 16 CHƯƠNG MƠ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 Mơ hình hóa hệ thống Ở chương này, trình bày mơ hình thiết kế hệ thống nghịch lưu nguồn qZSI hệ thống pin lượng mặt trời nối lưới Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống nghịch lưu nguồn qZSI hệ thống pin lượng mặt trời nối lưới 4.2 Mô hệ thống đánh giá kết 4.2.1 Mô hệ thống Matlab/simulink 4.2.2 Đánh giá kết FCS-MPC thiết kế áp dụng cho qZSI Mục tiêu điều khiển FCS-MPC tăng điện áp liên kết DC qZSI theo dõi dòng điện tải đầu tham chiếu điều kiện định Những điều kiện ràng buộc nghịch lưu nguồn qZ dòng điện dẫn, điện áp tụ điện phải điều chỉnh Để thấy rõ chất lượng hoạt động điều khiển FCS-MPC cho nghịch lưu nguồn qZ nối lưới, luận văn thực mô hệ thống phần mềm Matlab/Simulink Mô 17 thời gian 0,3 giây Tham số mô hệ thống mô tả bảng 4.3 Bảng 4.3: Thông số cho mô nghịch lưu nguồn qZ hệ thống PV kết nối lưới [24] Thông số Giá trị Điện áp DC ngõ vào Vin = 200 V Cuộn cảm qZSI L1 = L2 = 10 mH Tụ điện qZSI C1 = C2 = 1000 µF Tần số lấy mẫu 10 kHz Tải RL R = 0.5 Ω ; L = 10 mH Trọng số điều khiển điện áp tụ điện C  10 Công suất ngõ 1kW  2kW Công suất đầu tham chiếu lưới điện thay đổi từ 1kW đến 2kW thời điểm t = 0.2 giây, tương ứng với giá trị đỉnh dòng điện tải đầu thay đổi từ 3.7A đến 7.4A Trong giá trị tham chiếu dòng điện cuộn cảm thay đổi từ 5A đến 10A Giá trị tham chiếu điện áp tụ điện chọn gấp đôi giá trị điện áp đầu để không ảnh hưởng đến dạng sóng điện áp đầu tránh tác động phía AC DC nghịch lưu qZSI Trong luận văn này, giá trị tham chiếu đặt 350V Hình 4.8(a) biểu diễn đáp ứng động học dòng điện ba pha tải Kết mơ hình 4.8(b) chứng tỏ phương pháp đạt độ xác cao việc bám theo tín hiệu dịng điện tham chiếu nhanh chóng đạt đến giá trị xác lập sau khoảng 4,5 miligiây với độ vọt lố nhỏ Ngoài ra, cách sử dụng cơng cụ phân tích Fourier nhanh (Powergui Fast Fourier Transform) Simulink, phổ dòng điện tải pha a ứng với công suất đầu P=1kW trình bày hình 4.9 Theo hình vẽ trên, tổng độ méo sóng hài (Total harmonic distortion- 18 THD) dòng điện tải phương pháp điều khiển đề xuất 1.63% đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn IEEE 519-1992 chất lượng dòng điện với THD 5% Mặt khác, phương pháp điều khiển đề xuất có khả bám điện áp tụ điện hình 4.10(b) Hình 4.11(a) biểu diễn dạng sóng điện kiểu xung điện áp sau mạch LC với giá trị đỉnh 500V để thể khả tăng điện áp đầu vào Vin từ 200V lên đến 500V Trong đó, trạng thái ngắn mạch khơng ngắn mạch nghịch lưu qZSI thể rõ hình 4.11(b) Dịng điện cuộn cảm trì giá trị tham chiếu hình 4.10(b) Kết mơ cho dạng sóng bậc điện áp dây đầu minh họa hình 4.12, với giá trị đỉnh 500V tương ứng với điện áp sau mạch LC Vdc (a) Dòng điện tải ba pha (b) Dòng điện tải pha a Hình 4.8: Đáp ứng động học dịng điện tải 19 Hình 4.9: Phân tích Fourier dịng điện tải với cơng suất đầu P=1kW (a) Dòng điện cuộn cảm (b) Điện áp tụ điện điện áp đầu vào Hình 4.10: Đặc tính dòng điện cuộn cảm, điện áp tụ điện điện áp đầu vào 20 (a) Điện áp sau mạch boot LC vdc (b) Phóng to điện áp vdc Hình 4.11: Điện áp sau mạch LC Hình 4.12: Điện áp dây đầu mạch nghịch lưu 21 4.3 Kết luận Luận văn áp dụng phương pháp điều khiển FCS-MPC cho biến đổi qZSI, để điều khiển giá trị dịng điện phía tải xoay chiều biến đổi, phương pháp thực điều khiển kết hợp ba biến điều khiển lúc q trình thiết kế điều khiển trở nên linh hoạt hiệu Từ yêu cầu điều khiển, phương pháp FCS-MPC thực cho qZSI giảm thiểu việc tính tốn trạng thái đóng cắt van bán dẫn dựa mơ hình tốn học, cuối chọn lựa trạng thái đóng cắt tối ưu từ trình dự báo để phát xung điều khiển cho van bán dẫn Phương pháp FCS-MPC cấu trúc điều khiển nối tầng khối điều chế so với phương pháp điều khiển truyền thống sử dụng để kiểm soát qZSI Các kết thu nhận thơng qua phân tích lý thuyết mô phần mềm Matlab/Simulink cho thấy phương pháp điều khiển đáp ứng yêu cầu chất lượng dòng điện tải với THD thấp 5% So với phương pháp điều khiển khác cho qZSI thể tài liệu [24], [38] phương pháp có số THD nhỏ hơn, điều chứng minh phương pháp điều khiển FCS-MPC phương pháp đơn giản mạnh mẽ cho biến đổi qZSI 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn trình bày phương pháp điều khiển FCS-MPC cho nghịch lưu qZSI có kết nối lưới điện Đầu tiên, mơ hình tốn học sử dụng để dự báo giá trị dòng điện tải, điện áp tụ điện dịng điện cuộn cảm Sau đó, hàm mục tiêu định nghĩa bao gồm sai lệch giá trị tham chiếu giá trị dự báo Cuối cùng, q trình tối ưu hóa hàm mục tiêu diễn để tìm trạng thái khóa bán dẫn tốt áp đặt cho nghịch lưu Ngoài ra, với việc sử dụng hàm mục tiêu phụ cho dòng điện cuộn cảm giúp giảm khối lượng tính tốn phức tạp việc chọn lựa hệ số trọng số điều khiển Kết mơ phỏng, phân tích phần mềm Matlab xác nhận tính khả thi cấu trúc điều khiển đề xuất Kết nghiên cứu luận văn dừng lại việc thiết kế điều khiển dự báo cho nghịch lưu qZSI hệ thống pin lượng mặt trời nối lưới xem xét, đánh giá chất lượng điều khiển FCS-MPC Qua kết mô hệ thống cho thấy việc sử dụng qZSI mang đến đổi khác biệt so với phương pháp điều khiển truyền thống, đồng thời cho thấy việc sử dụng qZSI đáp ứng tốt cho hệ thống pin lượng mặt trời Những điểm luận văn nghiên cứu: - Bộ điều khiển FCS - MPC có cấu trúc điều khiển đơn giản, có khả bám theo tham chiếu tốt dễ dàng điều chỉnh ràng buộc phi tuyến, thời gian đáp ứng nhanh, sai lệch nhỏ, độ ổn định hệ thống cao 23 - Phương pháp đề xuất giảm khối lượng tính tốn mức độ phức tạp việc chọn trọng số điều khiển dòng điện cuộn cảm điện áp tụ điện KIẾN NGHỊ Tác giả mong muốn có điều kiện nghiên cứu phát triển, cải thiện đề tài theo hướng sau: - Áp dụng hệ thống cho nguồn lượng tái tạo khác lượng gió, lượng sinh khối, - Xây dựng mơ hình thực tế, thời gian thực cho hệ thống - Cải thiện chất lượng cho điều khiển FCS-MPC  ... Xây dựng cấu trúc nghịch lưu nguồn qZ cho hệ thống pin lượng mặt trời (Photovoltaic - PV) - Xây dựng mơ hình tốn học nghịch lưu nguồn qZ - Thiết kế điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZ hệ thống. .. luận CHƯƠNG XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO NGHỊCH LƯU NGUỒN QZ 3.1 Giới thiệu phương pháp điều khiển dự báo 3.2 Xây dựng thuật toán điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZ Phần đề xuất... lại việc thiết kế điều khiển dự báo cho nghịch lưu qZSI hệ thống pin lượng mặt trời nối lưới xem xét, đánh giá chất lượng điều khiển FCS-MPC Qua kết mô hệ thống cho thấy việc sử dụng qZSI mang