Nghiên cứu cấu trúc điều khiển cho bộ điều áp liên tục khắc phục sự cố tăng giảm điện áp ngắn hạn cho phụ tải

BỘ GIÁO GIÁO DỤC DỤC VÀ VÀ ĐÀO ĐÀO TẠO TẠO BỘ TRƯỜNG ĐẠI ĐẠI HỌC HỌC BÁCH BÁCH KHOA KHOA HÀ HÀ NỘI NỘI TRƯỜNG --- --- - TRHỒNG THÀNH NAM TRNGUYỄN ĐÌNH NGỌC NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ BỘ BÁO CHO NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO ĐIỀU BỘ NGHỊCH LƯU MỨCGIẢM ĐIỆN ÁP ÁP LIÊN TỤC KHẮC PHỤC SỰ CỐĐA TĂNG NGẮN HẠN CHO PHỤ TẢI RESEARCH ON MODEL PREDICTIVE CONTROL FOR MULTILEVEL CONVERTERS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HÀ NỘI-2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ ĐẠI GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - -KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI -HỌC BÁCH --- - TRHỒNG THÀNH NAM TRNGUYỄN ĐÌNH NGỌC NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC ĐIỀU CHO BỘ ĐIỀU ÁP BỘ NGHỊCH LƯUKHIỂN ĐA MỨC LIÊN TỤC KHẮC PHỤC SỰ CỐ TĂNG GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN CHO PHỤ TẢI RESEARCH ON MODEL PREDICTIVE CONTROL FOR MULTILEVEL CONVERTERS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS TRẦN TRỌNG MINH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS VŨ HOÀNG PHƯƠNG HÀ NỘI-201 HÀ NỘI-2018 Lời cảm ơn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu cấu trúc điều khiển cho điều áp liên tục để khắc phục cố tăng giảm điện áp ngắn hạn cho phụ tải” thực hướng dẫn thầy giáo TS Vũ Hoàng Phương Các số liệu kết hoàn toàn trung thực Để hoàn thành luận văn sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2018 Học viên Nguyễn Đình Ngọc Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Vũ Hoàng Phương Thầy người dìu dắt hướng dẫn tơi từ năm tơi cịn sinh viên trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Những kiến thức chun mơn mà tơi có đến từ dìu dắt hướng dẫn thầy nhiều Luận văn thực phần công việc Đề tài khoa học cấp nhà nước “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống khắc phục nhanh cố tăng/giảm điện áp ngắn hạn cho phụ tải”, mã số KC.05.03/16-20, thực Viện Kỹ Thuật Điều Khiển Tự Động Hóa (ICEA), Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cảm ơn Đề tài Viện ICEA Tôi xin cảm ơn tới anh chị làm việc Viện Kỹ thuật Điều khiển Tự Động Hóa Xin cảm ơn tới anh Nguyễn Văn Tiệp bạn Hoàng Thành Nam thiết kế chế tạo hệ thống phần cứng phần mềm Đặc biệt, xin cảm ơn tồn thể bạn sinh viên nhóm PE-LAB thầy Vũ Hoàng Phương hướng dẫn hỗ trợ nhiều việc lắp ráp phần cứng Mục lục MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU ÁP LIÊN TỤC 1.1 Chất lượng điện tượng lồi, lõm điện áp 1.1.1 Chất lượng điện 1.1.2 Hiện tượng lồi, lõm điện áp 1.2 Giải pháp khắc phục cố lồi, lõm điện áp 1.2.1 Giải pháp sử dụng nguồn cấp liên tục 1.2.2 Giải pháp sử dụng điều áp liên tục Chương 2: CẤU TRÚC MẠCH LỰC CỦA BỘ ĐIỀU ÁP LIÊN TỤC 11 2.1 Cấu trúc mạch lực điều áp liên tục 11 2.1.1 Bộ biến đổi phía lưới 11 2.1.2 Bộ biến đổi phía tải 12 2.1.3 Máy biến áp nối tiếp 13 2.1.4 Bộ biến đổi bypass sử dụng Thyristor 14 2.2 Tính tốn mạch lực cho điều áp liên tục 14 2.2.1 Tính chọn van bán dẫn 14 2.2.2 Tính chọn tụ DC-link 16 2.2.3 Tính chọn lọc phía lưới 17 2.2.4 Tính chọn mạch lọc phía tải 18 2.2.5 Tính tốn máy biến áp nối tiếp 19 Chương 3: THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC BỘ BIẾN ĐỔI 20 Mục lục 3.1 Thiết kế cấu trúc điều khiển cho biến đổi phía lưới 20 3.1.1 Thành phần điện áp thứ tự thuận, thứ tự nghịch 21 3.1.2 Cấu trúc vịng khóa pha 24 3.2.3 Cấu trúc mạch vòng dòng điện 25 3.1.4 Tổng hợp tham số điều chỉnh điện áp 31 3.2 Thiết kế cấu trúc điều khiển cho biến đổi phía tải 33 3.2.1 Tổng hợp tham số điều chỉnh 34 3.2.2 Tổng hợp vòng khóa pha pha 37 Chương 4: MÔ PHỎNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN BỘ ĐIỀU ÁP LIÊN TỤC 39 4.1 Tham số mô 39 4.2 Kết mô Matlab/Simulink 40 4.3 Mô thời gian thực 45 4.3.1 Cấu trúc hệ thống thời gian thực 45 4.3.2 Kết mô thời gian thực 46 Chương 5: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 49 5.1 Xây dựng mơ hình 49 5.1.1 Phần trang bị điện 49 5.1.2 Phần mạch lực 49 5.1.3 Phần điều khiển 50 5.2 Kết thử nghiệm 52 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 58 PHỤ LỤC 59 A Mơ hình mơ Matlab 59 Danh mục từ viết tắt DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết tắt AVC BBĐ PWM SVM DC AC PLL IGBT DC-link RMS EPRI NF LPF Shunt Series HIL THD UPS DDSRF PR DSP FPGA Ý nghĩa Điều áp liên tục Bộ biến đổi Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung Space Vector Modulation Điều chế vector khơng gian Direct Current Dịng điện chiều Alternating Current Dịng điện xoay chiều Phase Looked Loop Vịng khóa pha Insulated Gate Bipolar Transistors Van bán dẫn Điện áp chiều Root Mean Square Giá trị hiệu dụng Electric Power Research Institue Viện nghiên cứu lượng điện Notch Filter Khâu lọc notch Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp Bộ biến đổi phía lưới Bộ biến đổi phía tải Hardware in the loop Thiết bị mô thời gian thực Total Harmonic Distortion Tổng độ méo sóng hài Uninterruptible Power Supply Bộ nguồn cấp liên tục Decoupled Double Synchronous Mạng tách phần tử lưới điện Reference Frame Proportional Resonant Bộ điều khiển cộng hưởng Digital Signal Processor Xử lý tín hiệu số Field-Programmable Gate Array Thiết bị lập trình logic Tên tiếng anh Active Voltage Conditioner Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tỷ lệ phần trăm cố điện áp lưới điện [5] Hình 1.2 Nguyên lý UPS on-line Hình 1.3 Sơ đồ mô tả nguyên tắc hoạt động AVC Hình 1.4 Đồ thị véc-tơ thể nguyên lý bù lõm AVC Hình 1.5 Bộ điều áp hoạt động chế độ chờ điện áp lưới bình thường Hình 1.6 Bộ điều áp hoạt động chế độ bù lõm điện áp lưới thấp định mức Hình 1.7 Bộ điều áp hoạt động chế độ bù lồi điện áp lưới cao định mức Hình 1.8 Bộ điều áp liên tục hoạt động chế độ Bypass có cố Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc thành phần AVC 10 Hình 2.1 Cấu trúc chỉnh lưu tích cực 11 Hình 2.2 Cấu trúc biến đổi phía lưới sử dụng ba cầu H 13 Hình 2.3 Sơ đồ bảo vệ hệ thống ngắn mạch biến áp nối tiếp 14 Hình 2.4 Mạch điện thay đơn giản máy biến áp tụ lọc 18 Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống điều áp liên tục 20 Hình 3.2 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu tích cực điều kiện lưới cân bằng 21 Hình 3.3 Các vector điện áp hệ đồng kép 21 Hình 3.4 Mạng triệt tiêu thành phần xoay chiều trục dqn 23 Hình 3.5 Cấu trúc hệ đồng kép tách rời DDSRF 24 Hình 3.6 Cấu trúc vịng khóa pha hệ đồng kép DDSRF 24 Hình 3.7 Cấu trúc điều khiển dựa khung đồng DDSRF 26 Hình 3.8 Cấu trúc điều khiển dịng điện DDSRF cải thiện 27 Hình 3.9 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện 28 Hình 3.10 Mơ hình điều khiển điện áp phía chiều 32 Hình 3.11 Cấu trúc điều khiển cho biến đổi Series 34 Hình 3.12 Sơ đồ tương đương máy biến áp pha nối với Series 35 Hình 3.13 Mơ tả tốn học mạch vòng điều chỉnh điện áp 36 Hình 3.14 Cấu trúc vịng khóa pha pha 37 Hình 3.15 Thuật tốn tính thành phần điện áp 𝛼𝛽 từ điện áp lưới 38 Danh mục hình vẽ Hình 4.1 Kịch mô Matlab 41 Hình 4.2 Kết mơ điều áp liên tục với trường hợp biến động điện áp 41 Hình 4.3 Dạng điện áp điện áp lưới lõm pha 55% thời điểm đầu 42 Hình 4.4 Dạng điện áp điện áp lưới lõm pha 55% thời điểm đầu 42 Hình 4.5 Dạng điện áp điện áp lưới lõm pha 70% thời điểm đầu 42 Hình 4.6 Dạng điện áp điện áp lưới lồi 110% thời điểm đầu 42 Hình 4.7 Dạng điện áp điện áp lưới lõm pha cịn 55% thời điểm cuối 43 Hình 4.8 Dạng điện áp điện áp lưới lõm pha 55% thời điểm cuối 43 Hình 4.9 Dạng điện áp điện áp lưới lõm pha 70% thời điểm cuối 43 Hình 4.10 Sai lệch điện áp đặt điện áp Series pha 44 Hình 4.11 Kết phân tích Fourier điện áp pha A 44 Hình 4.12 Giao tiếp HIL 402 DSP TMS320F2808 45 Hình 4.13 Sơ đồ mơ Typhoon HIL 402 46 Hình 4.14 Mơ hình mơ thời gian thực thiết bị Typhoon HIL 402 46 Hình 4.15 Kết mô HIL: điện áp lưới, điện áp bù, điện áp tải, điện áp tụ 47 Hình 4.16 Kết HIL lưới điện lõm pha 55% 47 Hình 4.17 Kết HIL lưới điện lõm pha 55% 47 Hình 4.18 Kết HIL lưới điện lõm pha 70% 48 Hình 4.19 Kết HIL lưới điện lồi pha 110% 48 Hình 4.20 Kết HIL điện áp tụ 48 Hình 5.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống điều áp liên tục 49 Hình 5.2 Mơ hình thực nghiệm điều áp liên tục 52 Hình 5.3 Quá trình khởi động chỉnh lưu tích cực lên 600V 53 Hình 5.4 Điện áp lưới điện áp tải xảy lõm điện áp 53 Hình 5.5 Điện áp lưới điện áp tải thời điệm bắt đầu xảy lõm điện áp 54 Hình 5.6 Điện áp lưới điện áp tải thời điểm kết thúc trình lõm điện áp 54 Danh sách bảng biểu DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân loại tượng lồi, lõm điện áp Bảng 2.1 Thông số van IGBT SKM 400GB176 15 Bảng 2.2 Thông số máy biến áp nối tiếp 19 Bảng 4.1 Tham số mạch lực điều áp liên tục 39 Bảng 4.2 Thông số điều chỉnh Shunt 40 Bảng 4.3 Thông số điều chỉnh Series 40 Bảng 5.1 Tham số mạch lực hệ thống thực nghiệm 50 10 Chương 4: Mô cấu trúc điều khiển điều áp liên tục Typhoon HIL 402 Gird AVC Load Analog output Digital output DSP TMS320F2808 Control System Hình 4.13 Sơ đồ mơ Typhoon HIL 402 Hình 4.14 Mơ hình mô thời gian thực thiết bị Typhoon HIL 402 Ngoài ra, sử dụng phần mềm “Typhoon HIL Control Center“ hãng cho phép thay đổi người thiết kế thiết lập tham số, lựa chọn đặc tính hiển thị dạng đồ thị thay đổi điều kiện vận hành theo thời gian Từ điểm đo mạch “DSP interface”, sử dụng Osiloscope Hameg –200MHz cho phép đo đáp ứng điện áp trình độ.Tỷ lệ đo AC 1:1500, đo DC 1: 2000 4.3.2 Kết mô thời gian thực Mô thời gian thực với kịch xảy trường hợp mô Matlab 46 Chương 4: Mô cấu trúc điều khiển điều áp liên tục Điện áp lưới (V) 400 200 -200 -400 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Điện áp bù 200 100 -100 -200 Điện áp tải (V) 500 -500 Vdc(V) 800 600 400 200 Time (s) Hình 4.15 Kết mơ HIL: điện áp lưới, điện áp bù, điện áp tải, điện áp tụ a) Điện áp lưới b) Điện áp bù c) Điện áp tải Hình 4.16 Kết HIL lưới điện lõm pha 55% a) Điện áp lưới b) Điện áp bù c) Điện áp tải Hình 4.17 Kết HIL lưới điện lõm pha cịn 55% 47 Chương 4: Mơ cấu trúc điều khiển điều áp liên tục a) Điện áp lưới b) Điện áp bù c) Điện áp tải Hình 4.18 Kết HIL lưới điện lõm pha 70% a) Điện áp lưới b) Điện áp bù c) Điện áp tải Hình 4.19 Kết HIL lưới điện lồi pha 110% Hình 4.20 Kết HIL điện áp tụ Kết mô thời gian thực kiểm chứng với trường hợp mục 3, với kết từ hình 4.15 đến hình 4.19 Trong bốn trường hợp, điện áp tải giữ định mức 380V sau xác lập Sau xảy độ, điện áp tải nhanh chóng đạt địn mức khoảng thời gian chưa đầy 20 ms (1 chu kỳ điện áp lưới Cũng thấy điện áp DC ln giữ mức 700V trình hoạt động, thời điểm độ điện áp DC có dao động khoảng 10V nhanh chóng ổn định lại sau 5ms 48 Chương 5: Xây dựng mơ hình thực nghiệm Chương 5: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 5.1 Xây dựng mơ hình Thiết kế điều áp liên tục với cơng suất 150kVA Sơ đồ mơ hình thể hình 5.1 MCCB3 NGUỒN + + MCCB2 MCCB1 GND 220V 220V U1 RELAY MX100 Contactor K2 Bypass Tiristor + Bypass Tiristor + Contactor K3 + U3 I3 I2 SERIES CC Contactor K1 STOP Bypass Tiristor U2 SHUNT START TẢI + ESTOP FILTER Cdc 220V STOP U1 Udc K3 I1 ĐO LƯỜNG K3 CC DRIVER DRIVER BỘ ĐK (SLAVE) BỘ ĐK BYPASS (SLAVE) DI1 MASTER DRIVER U2 Udc BỘ ĐK (SLAVE) ĐO LƯỜNG U3 K2 D02 SHUNT START x I2 CAN K1 D01 SHUNT STOP x Bypass PHASE x START ESTOP I1 GND 220V MX100 220V GND 220V AC/DC/DC Switching 24/05 24VDC 10A MÁY TÍNH (Remote) BỘ ĐK MASTER HMI (Local) I3 ĐO LƯỜNG RS485 K3 K3 Hình 5.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống điều áp liên tục Hệ thống bao gồm phần sau: - Phần trang bị điện - Phần mạch lực - Phần điều khiển 5.1.1 Phần trang bị điện Các thiết bị đóng cắt sử dụng cho mục đích đảm bảo an toàn cho hệ thống xảy cố Ngồi ra, thiết bị đóng cắt liên quan đến trình tự vận hành hệ thống 5.1.2 Phần mạch lực Các tham số phần mạch lực liệt kê bảng sau: 49 Chương 5: Xây dựng mơ hình thực nghiệm Bảng 5.1 Tham số mạch lực hệ thống thực nghiệm Phần tử Máy biến áp Tham số Giá trị Công suất máy biến áp 15 kVA Tỉ số 2:1 Điện áp định mức sơ cấp 220 V Điện áp định mức thứ cấp 110 V Dòng điện định mức sơ cấp 75 A Dòng điện định mức thứ cấp 150 A Tổn hao khơng tải 54.1 W Dịng điện không tải 0.68 W Van bán dẫn Van IGBT SKM400GB176D VCE = 1700V, IC = 500A Điện cảm Lf Lf = 0,3 (mH) Tụ điện Cf Cf = 100 (uF) Cuộn cảm L Điện cảm phía lưới LG = 1,157 (mH) Tụ DC-Link Tụ DC-Link CDC-link CDC-link= 6.6 (mF) Lọc LC  Tải: Sử dụng tải trở ba pha 60 Ω  Bộ biến đổi phía lưới: Nghịch lưu nguồn áp ba pha sử dụng van IGBT SKM400GB176D, cuộn cảm phía lưới sử dụng 1,157 mH, tụ điện DC 3300 (uF) Ngoài ra, sử dụng cuộn lọc đầu vào EMI EPCOS B84143G0220R110  Bộ điện đổi phía tải: Sử dụng ba mạch nghịch lưu cầu H pha chung bus DC, van bán dân IGBT SKM400GB176D  Bộ Bypass: Gồm ba mạch thyristor pha, loại thyristor sử dụng 1000V/600A MCC501-16IO2  Máy biến áp nối tiếp: Sử dụng ba máy biến áp nối tiếp có cơng suất 15kVA, phía sau máy biến áp có tụ lọc C = 100uF 5.1.3 Phần điều khiển Phần điều khiển bao gồm mạch điều khiển slave, master mạch mạch đo mạch driver 50 Chương 5: Xây dựng mơ hình thực nghiệm a) Mạch đo Hệ thống bao gồm mạch đo sau: mạch đo biến đổi phía lưới, mạch đo biến đổi phía tải, mạch đo cho mạch master   - Mạch đo biến đổi phía lưới: Sử dụng HCPL7800A để đo điện áp, LEM LA305 để đo dòng điện kênh đo điện áp lưới: dải đo ± 400V kênh đo dòng điện: dải đo ± 500A kênh đo điện áp chiều: 1000V Mạch đo biến đổi phía tải: Thiết kết đo cách ly, sử dụng HCPL7800A để đo điện áp, LEM LA 305 để đo dòng điện - kênh đo điện áp lưới: dải đo ± 400V - kênh đo điện áp bù: dải đo ± 400V - kênh đo dòng nghịch lưu cầu H  Mạch đo cho mạch điều khiển master: - Thiết kết đo cách ly, sử dụng HCPL7800A để đo điện áp, biến dòng 1000A để đo dòng điện - kênh đo điện áp lưới: dải đo ± 400V - kênh đo dịng điện phía lưới: dải đo ± 400V c) Mạch điều khiển slave Mạch điều khiển slave có nhiệm vụ thực mạch vịng điều chỉnh Ngồi mạch điều khiển cịn giao tiếp với mạch điều khiển Master qua truyền thông CAN Hệ thống có hai mạch điều khiển slave: - Mạch điều khiển biến đổi phía lưới - Mạch điều khiển biến đổi phía tải Cả hai mạch sử dụng vi điều khiển DSP TMS320F28377S cũa hãng Taxes Intrusment Đây dòng vi điều khiển dấu phẩy động 32 bit, tần số xung clock lên đến 200MHz, hỗ trợ tính tốn dấu phẩy động Ngồi ra, DSP TMS320F28377S có tính tốn số học (Control Law Accelerator – CLA) chun dùng cho tốn có cấu trúc điều khiển tính tốn phức tạp d) Mạch điều khiển master Mạch điều khiển Master có nhiệm vụ giám sốt tồn hệ thống Đối với biến đổi, mạch điều khiển master đóng vài trị đưa lượng đặt, tham số điều chỉnh Mạch master thiết kế sử dụng vi điều khiển STM32F407 hãng STMicroelectronics Mạch master giao tiếp với mạch điều khiển slave qua truyền thông CAN Mạch điều khiển master kết nối với hình HMI inch OROM máy tính qua truyền 51 Chương 5: Xây dựng mơ hình thực nghiệm thống Rs485 Chính vậy, tất việc giám sát, cài đặt, thị liệu thực HMI máy tính Hình 5.2 Mơ hình thực nghiệm điều áp liên tục b) Mạch phát xung điều khiển (driver) Mạch driver có nhiệm vụ khuếch đại xung điều khiển từ mạch điều khiển để mở van IGBT đồng thời để cách lý phần điều khiển mạch lực Sử dụng IC HCPL316J cho mạch driver Đối với biến đổi phía lưới, mạch driver có kênh driver phát xung điều khiển mở van IGBT Đối với biến đổi phía tải, mạch driver gồm mạch driver cho nghịch cầu H, mạch gồm kênh driver 5.2 Kết thử nghiệm Bước đầu thử nghiệm, thu số kết sau a) Đánh giá khả ổn định điện áp chiều Cấp điện trực tiếp 380V vào hệ thống, khởi động Shunt, điện áp chiều đặt lên 600V Quá trình khởi động điều khiển hồn tồn qua hình HMI 52 Chương 5: Xây dựng mơ hình thực nghiệm Hình 5.3 Q trình khởi động chỉnh lưu tích cực lên 600V Trước chạy chỉnh lưu tích cực, Shunt cần phải nạp tụ thông qua contactor trở nạp tụ Khi điện áp ổn định (sau 5s), Shunt chạy chế độ diode sau khởi động chỉnh lưu tích cực (như hình 5.3 sau 2.5s) Q trình nạp tụ để đảm bảo dịng điện qua Shunt, khơng bị tăng đột ngột gây hỏng van Qua hình 5.3, điện áp tụ ổn định mức 700V b) Đánh giá khả bù lõm điện áp Để tạo lõm điện áp thực bằng việc tạo ngắn mạch ba pha hai pha pha thông qua điện trở, điện kháng ngắn mạch Điện áp hệ thống bị sụt xuống nhờ có giới hạn công suất máy biến áp tự ngẫu có cơng suất 9kVA đặt phía đầu nguồn Điều kiện thử nghiệm: Đặt điện áp lưới pha 170 V, qua hệ thống tạo lõm, điện áp lưới sụt xuống khoảng 60% Lõm điện áp pha 60% tạo Điện áp chiều đặt 300 (V) Tiến hành đo đánh giá trình ổn định điện áp lưới mức điện áp 170 (V) có lõm pha a) Điện áp lưới b) Điện áp tải Hình 5.4 Điện áp lưới điện áp tải xảy lõm điện áp 53 Chương 5: Xây dựng mơ hình thực nghiệm Tiến hành phân tích q trình q độ để kiểm chứng đáp ứng hệ thống xảy cố lõm điện áp b) Điện áp tải a) Điện áp lưới Hình 5.5 Điện áp lưới điện áp tải thời điệm bắt đầu xảy lõm điện áp b) Điện áp tải a) Điện áp lưới Hình 5.6 Điện áp lưới điện áp tải thời điểm kết thúc trình lõm điện áp Từ hình 5.4, xảy lõm điện áp, điện áp tải ổn định mức điện áp 170 (V) Các hình 5.5 hình 5.6, cho thấy đáp ứng Series nhanh, sau chưa đầy chu kỳ điện áp tải ổn định 54 Kết luận KẾT LUẬN Luận văn “Nghiên cứu cấu trúc điều khiển cho điều áp liên tục để khắc phục cố tăng giảm điện áp ngắn hạn cho phụ tải” giải vấn đề sau:  - Các cố biến động điện áp, nguyên nhân hướng giải pháp Đưa cấu hình cho điều áp liên tục, chế độ vận hành Xây dựng cấu trúc điều khiển biến đổi điều áp liên tục Kiểm chứng thiết kế Matlab, thiết bị điều khiển thời thực Typhoon HIL Đưa ra, phương án thiết kế mơ hình thực nghiệm điều áp liên tục Hướng phát triển: Hoàn thiện kịch thử nghiệm để đánh giá cụ thể hệ thống Nghiên cứu cấu trúc điều khiển cho phép điều áp bù pha có có nhảy pha 55 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Trọng Minh, Vũ Hoàng Phương, Thiết Kế Điều Khiển Cho Các Bộ Biến Đổi Điện Tử Công Suất, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2014 [2] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện Tử Công Suất, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2007 [3] Trần Duy Trinh, Nghiên cứu điều khiển khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trong xí nghiệp cơng nghiệp, Luận án tiến sỹ điều khiển tự động hóa, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 2014 [4] ABB, PCS100 AVC-40 - Active Voltage conditioner, Product information [5] Project co-funded by the Europen Community under the Sixth Framework Programme – Priority 6.1.ii, Report on Control Strategie, European Power Electronics and Drives Association, 2006 [6] Angelo Baggini Handbook of Power Quality John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England, (2008) [7] Mahmoud S Awad, Review Power Quality Issues Modern Applied Science, Vol 6, No 2; February 2012 [8] M.H.J.Bollen, Understanding Power Quality Problems: Voltage Sags and Interruptions, IEEE Press Series on Power Engineering, New York 2000 [9] John Go dsk Nielsen, Design and Control of a Dynamic Voltage Restorer, Dissertation submitted to the Faculty of Engineering & Science at Aalborg University [10] J G Nielsen, M Newman, H Nielsen and F Blaabjerg, "Control and testing of a dynamic voltage restorer (DVR) at medium voltage level," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol 19, no 3, pp 806-813, May 2004 [11] Hyosung Kim and Seung-Ki Sul, Compensation voltage control in dynamic voltage restorers by use of feedforward and state feedback scheme, in IEEE Transactions on Power Electronics, vol 20, no 5, pp 1169-1177, Sept 2005 [12] Y W Li, F Blaabjerg, D M Vilathgamuwa, and P C Loh, "Design and Comparison of High-Performance Stationary-Frame Controllers for DVR Implementation," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol 22, no 2, pp 602-612, March 2007 [13] F B Ajaei, S Afsharnia, A Kahrobaeian, and S Farhangi, A Fast and Effective Control Scheme for the Dynamic Voltage Restorer, in IEEE Transactions on Power Delivery, vol 26, no 4, pp 2398-2406, Oct 2011 56 Tài liệu tham khảo [14] Ciobotaru and Mihai (2009), Reliable Grid Condition Detection and Control of Single-Phase Distribution Power Generation Sistem, Aalborg: Institut for Energiteknik, Aalborg Universitet [15] Remus Teodorescu, Macro Liserre and Pedro Rodríguez (2011), Grid Converters for Photovoltaic and Wind Power Systems John Wiley & Sons, Ltd [16] A.E.W.H Kahlane, L.Hassaine, M Kherchi, LCL filter design for photovoltic grid connected systems, Centre de Développement des Energies Renouvelables, CDER B.P.62, Route de l’Observatoire, Bouzaréah, 16340, Algiers, Algeria, 2014 [17] Gabriel Olguin (2005), Voltage Dip (Sag) Estimation in Power Systems based on Stochastic Assessment and Optimal Monitoring, Thesis for the degree of doctor of philosophy, Electric Power Engineering Chalmers University of Technology 57 Cơng trình khoa học cơng bố CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ [1] Nguyễn Đình Ngọc, Hoàng Thành Nam, Nguyễn Văn Tiệp, Vũ Hoàng Phương; [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Điều khiển chỉnh lưu tích cực tảng HIL402, CASD 2017 Hồng Thành Nam, Nguyễn Đình Ngọc, Nguyễn Văn Tiệp, Nguyễn Kiên Cường, Vũ Hồng Phương, Trần Trọng Minh; Mơ biến đổi khắc phục nhanh cố lồi-lõm điện áp ngắn hạn cho phụ tải ba pha; CASD 2017 Nguyễn Đình Ngọc, Hồng Thành Nam, Vũ Hồng Phương, Trần Trọng Minh, Nguyễn Huy Phương; Điều khiển chỉnh lưu tích cực điều kiện lưới cân bằng; VCCA 2017 Hồng Thành Nam, Nguyễn Đình Ngọc, Nguyễn Văn Tiệp, Vũ Hồng Phương, Trần Trọng Minh; Mơ khơi phục điện áp động hệ thống điều áp liên tục AVC; VCCA 2017 Vũ Hồng Phương, Nguyễn Đình Ngọc, Trần Trọng Minh; Bộ điều chỉnh kiểu cộng hưởng cho biến đổi phía tải hệ điều áp tích cực; chuyên san Điều Khiển Tự Động Hóa, số 21, tháng 4/2018 Phuong Vu, Ngoc Dinh, Nam Hoang, Quan Nguyen, Minh Tran; A Generalized Parameter Tuning Method of Proportional-Resonant Controllers for Dynamic Voltage Restorers; International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS) Truong Tran Minh, Phuong Vu Hoang, Ngoc Nguyen Dinh, Quang Bui Dang, Phuong Nguyen Huy; Implementation of PMSM Servo Drive Using Digital Signal Processing; RCEEE 2018 Phuong Vu, Nam Hoang, Ngoc Nguyen, Quan Nguyen, Minh Tran; A systematic parameter tuning of PI current controller for LCL-type active rectifiers under unbalanced grid voltage conditions; Journal of Electrical Systems 58 Phụ lục PHỤ LỤC A Mơ hình mơ Matlab Enable_shunt Enable_series Voe Vdc* Vdc Vdc Vdc V_grid Vgrid V_AVC V_AVC Vdc Shunt Gates V_grid V_grid I_inv I_grid Gates Series iS Continuous Ideal Switch iS Shunt Controller Scope powergui Series Controller Phase A Gates Series iS iS Phase B A V_AVC U avc Phase C B Shunt Gates Grid A1 A B1 B C2 C DC+ C A a a B b b + DC- C c c Loads Series Converter Shunt Converter Mơ hình mơ điều áp liên tục Matlab En able Vdc Vdc Vd c Idq_pos.* Vdc* Shunt Gates Vd c* Vab Vdq_pos Idq_neg.* Idq_pos.* SV M Vab Vdq_neg Idq_neg.* DC-Lin k voltage tro l Vdq_pos V_gri d Vdq_pos V_grid Vdq_neg DDSRF-PL L I_gri d Idq_pos_fb Idq_po s_fb Idq_neg_fb Idq_ne g_fb Vdq_neg Idq_pos Idq_pos Idq_neg Idq_neg I_grid Iabc -> dq Po s Neg Curre nt Con tr ol Bộ điều khiển BBĐ Shunt 59 Sh unt G ates Phụ lục [uC_A_Res] Enable uC_A_ref uC_A_ref uC_B_ref uC_B_ref uC_C_ref uC_C_ref Goto Vgrid Vgrid [uC_A_ref] uc* i* uC_A I* uc AVC* cal uc* iS_A I Voltage Control A uC_A Current Control A uC_B V_AVC uC_C [uC_B_Res] uC*_A [uC_B_ref] uc* i* uC_B I* uc uc* iS_B Voltage Control B uC*_B I Gates Current Control B [uC_C_Res] Vdc Vdc PWM1 Goto4 iS_A [uC_C_ref] uc* i* uC_C I* iS uc uc* iS_C Voltage Control C I Current Control C Bộ điều khiển BBĐ Series 60 Gates Series uC*_C iS_B iS_C ... NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC ĐIỀU CHO BỘ ĐIỀU ÁP BỘ NGHỊCH LƯUKHIỂN ĐA MỨC LIÊN TỤC KHẮC PHỤC SỰ CỐ TĂNG GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN CHO PHỤ TẢI RESEARCH ON MODEL... sử dụng nhiều cho việc khắc phục cố biến động điện áp ngắn hạn 1.2.2 Giải pháp sử dụng điều áp liên tục Trong số thiết bị để khắc phục biến động điện áp ngắn hạn, điều áp liên tục (AVC - Active... CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ ? ?Nghiên cứu cấu trúc điều khiển cho điều áp liên tục để khắc phục cố tăng giảm điện áp ngắn hạn cho phụ tải? ?? thực hướng dẫn thầy giáo TS Vũ Hoàng Phương