Nghiên cứu hệ thống điều khiển chế độ làm việc song song của bộ bán dẫn công suất trong nguồn phát phân tán dùng bộ điều khiển dòng tỷ lệ cộng hưởng PR

Nghiên cứu hệ thống điều khiển chế độ làm việc song song của bộ bán dẫn công suất trong nguồn phát phân tán dùng bộ điều khiển dòng tỷ lệ cộng hưởng PR Nghiên cứu hệ thống điều khiển chế độ làm việc song song của bộ bán dẫn công suất trong nguồn phát phân tán dùng bộ điều khiển dòng tỷ lệ cộng hưởng PR luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ PHƯƠNG HẢO NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA BỘ BÁN DẪN CÔNG SUẤT TRONG NGUỒN PHÁT PHÂN TÁN DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN DÒNG TỶ LỆ CỘNG HƯỞNG (PR) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HÀ NỘI, NĂM 2013 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp Lời cảm ơn! Được hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Trần Trọng Minh, thầy cô mơn Tự động hố, với nỗ lực thân, bảo, giúp đỡ động viên gia đình bạn bè em hồn thành đề tài luận văn Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Trần Trọng Minh, người ln quan tâm động viên, khích lệ tận tình hướng dẫn em suốt trình thực luận văn Các vấn đề đề cập đến luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy giáo bạn đồng nghiệp để luận văn hồn thiện Tơi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Tác giả Lê Phương Hảo Học viên: Lê Phương Hảo Page Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp MỤC LỤC Danh mục hình vẽ Danh mục bảng ……11 Mở Đầu 12 ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………………………… .12 VẤN ĐỀ VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU…………………………………… …… 13 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI………………………………………………………… 13 Chương CẤU TRÚC TỔNG THỂ CỦA BỘ BIẾN ĐỔI 14 1.1 Cấu trúc chuyển đổi 14 1.1.1 Cấu trúc sơ 14 1.1.2 Cấu trúc chi tiết 15 1.1.3 Khâu cách ly DC-DC… ……………………… 16 1.1.4 Khâu cách ly DC-AC….……………………………………………… 16 1.2 Xây dựng sơ đồ cấu trúc 17 1.3 Nguyên lý điều khiển sơ đồ thông số kỹ thuật cần thiết 20 Tóm tắt 20 Chương BỘ BIẾN TẦN ĐA MỨC 21 2.1 Mở đầu 21 2.2 Các cấu trúc biến tần đa mức 22 2.3 Cấu trúc biến tần đa mức kiểu cầu H nối tầng 26 2.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM 27 2.5 Bộ biến tần đa cấp pha dùng cầu chữ H cách ly 29 Học viên: Lê Phương Hảo Page Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp 2.5.1 Phân tích cấu trúc điều khiển cho nghịch lưu mức 29 2.5.2 Cấu trúc chi tiết khối 31 2.5.3 Kết mô phỏng……………………………………………………… 32 Nhận xét 32 2.6 Bộ biến tần đa cấp ba pha……………………………………………… 32 2.6.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM…………………………… 32 2.6.2 Mơ hình mơ phỏng……………………………………………………… 32 2.6.3 Kết mô phỏng……………………………………………………… 34 Nhận xét……………………………………………………………………… 34 Chương BỘ CHỈNH LƯU TÍCH CỰC XÂY DỰNG TRÊN CẤU TRÚC BIẾN TẦN ĐA MỨC 35 3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động chỉnh lưu tích cực pha 35 3.1.1 Cấu tạo……………………………………………………………… 35 3.1.2 Nguyên lý hoạt động 36 3.2 Hệ thống điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu tích cực pha………… 40 3.2.1 Phương pháp điều chỉnh dòng PI tuyến tính……………………………40 3.2.2 Phương pháp điều chỉnh dịng PI cộng hưởng (PR)……………… 41 3.3 Bộ chỉnh lưu tích cực pha………………………………………… 43 3.3.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển biến đổi…………………… 3.3.2 Thông số mô hình mơ phỏng……………………………………… 45 43 3.3.3 Cấu trúc chi tiết khối……………………………………………… 47 3.3.4 Kết mô phỏng…………………………………………………… Học viên: Lê Phương Hảo 48 Page Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp Nhận xét………………………………………………………………………… 48 3.4 Bộ chỉnh lưu tích cực đa mức 49 3.4.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển……………………………………… 49 3.4.2 Thông số mơ hình mơ 50 3.4.3 Kết mô 52 3.5 Bộ chỉnh lưu đa mức ba pha 53 3.5.1 Thuật toán điều khiển chế độ ba pha……………………………… 53 3.5.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển………………………………………… 61 3.5.3 Mơ hình mơ phỏng……………………………………………………… 63 3.5.4 Kết mơ phỏng……………………………………………………… 64 Nhận xét……………………………………………………………………… 64 Chương 4: BỘ CHỈNH LƯU TÍCH CỰC ĐA MỨC XÂY DỰNG TRÊN BỘ BIẾN ĐỔI DC-AC-AC CÓ CÁCH LY TẦN SỐ CAO 65 4.1 Bộ biến đổi DC-AC-AC dùng matrix converter…………………………65 4.2 Điều chế PWM cho biến đổi DC-AC-AC dùng matrix converter… 66 4.3 Điều khiển chuyển mạch cho Matrixconverter……………………… 69 4.4 Nghịch lưu đa mức xây dựng biến đổi DC-AC-AC…………… 74 4.5 Ứng dụng nghịch lưu đa mức nối tầng…………………………… 75 4.6 Bộ chỉnh lưu tích cực xây dựng biến đổi DC-AC-AC……… 76 4.6.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển cho biến đổi……………………… 76 4.6.2 Thơng số mơ hình mô phỏng………………………………………… 79 Học viên: Lê Phương Hảo Page Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Công Nghiệp 4.6.3 Cấu trúc chi tiết khối……………………………………………… 81 4.6.4 Kết mô phỏng……………………………………………………… 83 Nhận xét……………………………………………………………………… 84 4.7 Bộ chỉnh lưu tích cực đa mức nối tầng xây dựng biến đổi DCAC-AC………………………………………………………………………… 85 4.7.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển cho biến đổi……………………… 85 4.7.2 Thơng số mơ hình mơ phỏng………………………………………… 86 4.7.3 Kết mô phỏng……………………………………………………… 88 Nhận xét………………………………………………………………………………… 88 4.8 Bộ chỉnh lưu tích cực đa mức ba pha nối tầng xây dựng biến đổi DC-AC-AC…………………………………………………………………… 89 4.8.1 Cấu trúc điều khiển……………………………………………………… 89 4.8.2 Thông số mô hình mơ phỏng………………………………………… 91 4.8.3 Kết mơ phỏng……………………………………………………… 92 Nhận xét……………………………………………………………………… 93 4.9 Hệ thống điều khiển dòng lượng UPFC………………………… 93 4.9.1 Nguyên lý điều khiển UPFC…………………………………………… 93 4.9.2 Ngun lý điều khiển dịng cơng suất………………………………… 95 CHƯƠNG 5: SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG TỔNG THỂ CỦA BỘ BIẾN ĐỔI 101 5.1 Bộ biến đổi tổng thể……………………………………………… 101 5.1 Mơ hình mơ phỏng……………………………………………… …….103 Học viên: Lê Phương Hảo Page Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp 5.2 Kết mô phỏng………………………………………………… … 104 Nhận xét…………………………………………………………………… ….105 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 PHỤ LỤC 108 Học viên: Lê Phương Hảo Page Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Cấu trúc tổng thể biến đổi……………………………………………14 Hình 1.2: Cấu trúc sơ biến đổi…………………………………………… 15 Hình 1.3: Mơ hình cấu trúc biếnđổi………………………………………………… 15 Hình 1.4: Mơ hình biến đổi pha với khâu cách ly DC-DC………………… 16 Hình 1.5: Mơ hình biến đổi pha với khâu cách ly DC-AC kết hợp với khâu Cyclo-Converter…………………………………………………………………………… 17 Hình 1.6: Cấu trúc chi tiết ba pha biến đổi với trình chuyển đổi đa cấp…………………………………………………………………………………………… 19 Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc biến tần đa mức dùng điôt chốt…………………… 23 Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc biến tần đa mức dùng flying-capacitor……………… 24 Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc biến tần đa mức kiểu nối tầng……………………… 25 Hình 2.4: Sơ đồ đa mức dùng cầu H-bridge………………………………………… 26 Hình 2.5: Phương pháp điều chế PWM dịch pha cho nghịch lưu cầu H nối tần 28 Hình 2.6: Mơ hình mơ biến tần mức pha………………………… 30 Hình 2.7: Khâu tạo hệ thống xung tam giác ngược pha 180o…………… 31 Hình 2.8: Khâu tạo tín hiệu xung đóng cắt van cầu………….… Hình 2.9: Hình dạng điện áp ra……………………………………………………… 32 31 Hình 2.10: Tín hiệu điều chế PWM cho biến tần ba pha ba cấp………………… 33 Hình 2.11: Mơ hình mơ biến tần đa mức ba pha…………………………… 33 Học viên: Lê Phương Hảo Page Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp Hình 2.12: Hình dạng điện áp ba pha………………………………………… 34 Hình 3.1: Sơ đồ chỉnh lưu pha…………………………………………………… 35 Hình 3.2: Mạch điện tương đương (a) biểu đồ vector (b)……………………… 37 Hình 3.3: Chiều dịng điện V1, V4 điều khiển mở, iL   0 > ………………… 39 Hình 3.4: Chiều dịng điện V2, V3 điều khiển mở, i L > 0…………… 39 Hình 3.5: Đáp ứng điều chỉnh PI……………………………………………… 41 Hình 3.6: Cấu trúc điều chỉnh cộng hưởng PR……………………………… 42 Hình 3.7: Đáp ứng điều chỉnh cộng hưởng………………………………… Hình 3.8: Sơ đồ hệ thống cấu trúc điều khiển………………………………………… 44 Hình 3.9: Mơ hình mơ mạch chỉnh lưu tích cực pha…………………… 46 43 Hình 3.10: Cấu trúc điều chỉnh dòng điện PID…………………………………… 47 Hình 3.11: Cấu trúc mơ khâu điều chế độ rộng xung PWM………………… 47 Hình 3.12: Tín hiệu điện áp đặt điện áp chiều đầu biến đổi…… 48 Hình 3.13: Hình dạng dịng điện điện áp lưới biến đổi………………… 48 Hình 3.14: Tín hiệu đầu điều chỉnh PR…………………………………… 48 Hình 3.15: Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu tíc cực ba mức…………………… 49 Hình 3.16: Mơ hình mơ chỉnh lưu tích cực đa mức pha………………… 51 Hình3.17: Hình dạng điện áp dịng điện lưới biến đổi………………… 52 Hình 3.18: Tín hiệu điện áp đặt điện áp chiều đầu biến đổi…… 52 Học viên: Lê Phương Hảo Page Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp Hình 3.19: Tín hiệu dịng điện chiều biến đổi…………………………… 52 Hình 3.20: Hệ tọa độ 0αβ………………………………………………………………… 54 Hình 3.21: Mơ hình mơ chuyển đổi từ hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ 0αβ… 55 Hình 3.22: Đồ thị thể trình chuyển từ hệ trục tọa độ 0αβ sang hệ tọa độ 0dq…………………………………………………………………………………………… 56 Hình 3.23 : Mơ hình mơ chuyển đổi hệ tọa độ từ 0αβ sang hệ tọa độ 0d 57 Hình 3.24 : Mơ hình mơ chuyển đổi hệ tọa độ từ 0dq sang hệ tọa độ abc 58 Hình 3.25: Mơ hình mơ điểu chỉnh dòng điện hệ tọa độ odq… 58 Hình 3.26: Biểu diễn đại lượng vector tọa dq tựa điện áp…………… 59 Hình 3.27: Cấu trúc khối đồng tựa điện áp lưới PLL…………………………… 61 Hình 3.28: Cấu trúc điều khiển biến đổi……………………………………… 62 Hình 3.29: Mơ hình mơ chỉnh lưu đa mức ba pha……………………… 63 Hình 3.30: Tín hiệu sai lệch lượng đăt đầu tổng phía chiều… 64 Hình 3.31: Tín hiệu điện áp pha C………………………………………………… 64 Hình 3.32: Tín hiệu điện áp tổng hợp ba pha………………………………… 64 Hình 4.1: Sơ đồ biến đổi DC-AC-AC dùng matrix converter………………… 65 Hình 4.2: Mẫu xung điều khiển PWM cho matrix converter……………………… 67 Hình 4.3: Đồ thị bóng trạng thái chuyển mạch hai pha đầu vào 69 Hình 4.4: Sơ đồ cấu trúc khâu chuyển mạch van hai chiều Cyclo-Conveter…… 69 Học viên: Lê Phương Hảo Page Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp Bên cạnh điện áp bù vc biến đổi nối tiếp tạo dòng is mạng truyền tải để điều khiển công suất tác dụng p2 công suất phản kháng q2 không phụ thuộc vào Tuy nhiên giới hạn thành phần lưu trữ lượng đặc trưng tụ điện khâu dc tạo mối liên hệ bốn bậc tự ( p1 , q1 , p2 , q2 ) cấu hình back-to-back Để cung cấp cân lượng thành phần liên kết dc UPFC lượng trung bình chảy đến biến đổi song song phải với lượng trung bình chảy ngồi thơng qua biến đổi nối tiếp ngược lại Theo mơ tả dịng điện điện áp ký hiệu hình 4.32 giá trị trung bình cơng suất tác dụng p1 biến đổi song song phải thiết lập công suất tác dụng trung bình p2 biến đổi nối tiếp hướng giá trị hay p1 = − p2 Các nguyên lý điều khiển UPFC là: Điều chỉnh q1 biến đổi song song để điều chỉnh điện áp v bus điều khiển ac, trường hợp chiến thuật điều khiển hoàn toàn tương tự với việc điều khiển STATCOM Điều khiển vc xác để điều khiển dòng is lưới truyền tải cách điều khiển p2 , q2 cách hoàn tồn độc lập khơng phụ thuộc vào Giới hạn q1 , p2 , q2 đưa công suất danh định biến đổi song song nối tiếp Giống trình bày hình 4.32 dịng is đường dây truyền tải điều khiển liên tục để sinh công suất làm việc p công suất phản kháng q mong muốn lưới truyền tải Ngoài để bù tổn thất cho biến đổi UPFC cần có sai khác p1 − p2 4.9.2 Nguyên lý điều khiển dịng cơng suất Bộ biến đổi nối tiếp UPFC điều khiển cơng suất tác dụng công suất phản kháng tức thời, sinh điện áp V bus điều khiển ac dòng điều khiển is đường dây truyền tải Học viên: Lê Phương Hảo Page 96 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp Hình 4.33 Phần mắc nối tiếp UPFC Bộ biến đổi nối tiếp chèn thành phần điện áp bù Vc , giống trình bày hình 4.33, để thay đổi điện áp Vs phía bên phải UPFC, giống Vs= V − VC Do thay đổi điện áp mẫu Vs đường dây lưới truyền tải điều khiển dòng is để phù hợp với biến động mong muốn tải đường dây, biến động mong muốn tải đặt công suất tác dụng Pref công suất phản kháng Qref , đặt cố định điều khiển từ xa trung tâm điều độ (power dispatch control center) Mục đích để cưỡng cơng suất p q bám theo lượng đặt Pref Qref tương ứng Hình 4.34 Điện áp bù V c phía nối tiếp Học viên: Lê Phương Hảo Page 97 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp • Ý tưởng chèn thành phần điện áp Vc qua biến đổi nối • tiếp UPFC để thay đổi góc pha biên độ điện áp mẫu Vs , gía trị • điện áp V điện áp V bus điều khiển ac giữ cố định khơng đổi Điện • • • áp bù Vc bao gồm hai thành phần Vc ( pc ) Vc (qc ) Thành phần thứ pha với • • V thành phần thứ hai trực giao với V giống trình bày hình 4.34 Sự thay đổi pc qc giải thích sau Nếu biến đổi nối tiếp không kết nối hoạt động Vc = sau Vs = V Dòng is đường dây điều khiển đơn giản giả sử chảy qua cuộn cảm nối tiếp sớm pha 900 so với điện áp VL Chú ý V= VS − VG giống L trình bày hình 4.33 Trên hình 4.34 tín hiệu điều khiển cơng suất phản kháng qc • xây dựng trực giao với V tín hiệu điều khiển cơng suất tác dụng pc • xây dựng pha với V Chú ý pc qc tín hiệu điều khiển riêng rẽ bỏ qua mối liên hệ nào, khác với công suất tác dụng p công suất phản kháng q đường dây lưới truyền tải hình 4.32 tính tốn từ V is , cơng suất pc qc sinh biến đổi nối tiếp tính tốn từ Vc is (a) Góc δ giảm, p giảm Học viên: Lê Phương Hảo (b) Góc δ tăng, p tăng Page 98 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp (d) V c ngược dấu với V, q tăng (c) V c dấu với V, q giảm Hình 4.35 Sơ đồ pha điều khiển dịng cơng suất • Hình 4.35(a) hình 4.35(b) mơ tả thành phần trực giao Vc giống hàm • • qc ý Vc (qc ) làm thay đổi góc pha Vs nhiều làm thay đổi • biên độ Nếu điện áp VG đường dây truyền tải khơng thay đổi q nhanh thành • phần trực giao điện áp bù nối tiếp Vc (qc ) ảnh hưởng đến công suất tác dụng p nhiều công suất phản kháng q sinh V is Trên thực tế thành phần trực giao Vc ( qc ) chủ yếu dùng để điều khiển công suất tác dụng p Trong mơ tả hình • • 4.35(c) hình 4.35(d) trình bày thành phần phương với Vc Vc ( pc ) làm thay • đổi biên độ thay đổi góc pha điện áp Vs đường dây truyền tải Hơn • • điện áp VG thay đổi khơng q nhanh thành phần Vc ( pc ) nguyên nhân làm • thay đổi công suất phản kháng q sinh V is Thực tế Vc ( pc ) điều khiển công suất phản kháng q nơi UPFC lắp đặt • Dĩ nhiên việc điều khiển công suất tác dụng p thông qua Vc (qc ) khơng tách • hồn hảo việc điều khiển công suất phản kháng q thông qua Vc ( pc ) Ảnh hưởng chéo công suất phản kháng q xuất điều khiển công suất tác dụng p Học viên: Lê Phương Hảo Page 99 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp • thơng qua Vc (qc ) Ngược lại có ảnh hưởng chéo lên cơng suất tác dụng p • Vc ( pc ) thay đổi để điều khiển cơng suất phản kháng q Do nguyên lý điều khiển không thực việc điều khiển tách hoàn toàn phụ thuộc vào p q Trên thực tế, điều khiển UPFC dựa ngun lý điều chỉnh dịng cơng suất • • điều chỉnh tức thời Vc (qc ) Vc ( pc ) để điều khiển p q bám theo giá trị đặt công suất làm việc Pref công suất phản kháng Qref , tương ứng • • Hình 4.35(a) trình bày góc δ Vs VG giảm thành phần trực • • giao sớm pha V góc 900 hay Vc (qc < 0) , chèn vào nối tiếp với lưới truyền tải, điều cưỡng làm giảm công suất tác dụng p Trên thực tế, thành • phần điện áp Vc (qc < 0) tăng nhiều đủ lớn góc cơng suất δ trở lên âm dịng cơng suất ngược xuất đường dây điều khiển Công suất tác dụng p • • tăng thành phần trực giao trễ pha V góc 900 hay Vc (qc > 0) chèn vào lưới giống trình bày hình 4.35(b) • • Mặt khác thành phần bù pha với V Vc ( pc > 0) , cưỡng dịng pha • Is có tính dung giống trình bày hình 4.35(c), điều làm giảm cơng suất phản kháng q có nghĩa cưỡng công suất phản kháng trở lên âm Ngược lại công suất • phản kháng tăng dịng I s có tính cảm thành phần điện áp bù ngược pha, • Vc ( pc < 0) sinh biến đổi nối tiếp UPFC giống trình bày hình 4.35(d) Học viên: Lê Phương Hảo Page 100 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ môn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp • Điện áp bù Vc thay đổi phía bên giới hạn vòng tròn, tốc độ thay đổi điện áp biến đổi nối tiếp, để cưỡng công suất tức thời p q theo lượng đặt cơng suất Pref Qref Hình 4.36 trình bày cách tổng quát cho việc điều khiển dòng cơng suất dựa • • vào việc bơm điện áp Vc bốn góc phần tư khác so với V Hình 4.36 Ngun lý tổng qt điều khiển dịng công suất Nhận xét: Như tùy vào giá trị, góc véc tơ bù điện áp ta mà ta điều khiển dịng cơng suất tác dụng dịng cơng suất phản kháng theo ta mong muốn Nếu Véc tơ điện áp bù nằm góc phần tư thứ hình vẽ dịng cơng suất tác dụng tăng lên dịng cơng suất phản giảm Giá trị tăng, giảm tùy vào giá trị vị trí véc tơ điện áp bù Tương tự ta điều khiển dịng cơng suất theo vị trí véc tơ điện áp bù nằm góc phần tư hình 4.36 Học viên: Lê Phương Hảo Page 101 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp CHƯƠNG 5: SƠ ĐỒ MƠ PHỎNG TỔNG THỂ CỦA BỘ BIẾN ĐỔI 5.1 Bộ biến đổi tổng thể Bộ biến đổi xây dựng theo cấu trúc hình 1.6 Chương Ta thấy việc kết nối thự cách cổng có chuyển đổi cầu H-Bridge pha kết nối với pha A, B, C cổng Nghĩa lượng pha cổng phân phối tất ba pha cổng Sự kết nối tạo liên hệ cổng để truyền công suất hai chiều mà không gây cân công suất cổng Quá trình tạo chuyển đổi với mức điện áp pha Tất cổng tương tác với thông qua liên kết DC Các liên kết DC tạo cách ly cổng cách sử dụng khâu DC-AC với chuyển đổi với tần số cao (MF) thông qua máy biến áp cách ly Cấu trúc cho phép q trình truyền cơng suất hai chiều cách linh hoạt cổng kết hợp với điều khiển thích hợp Đặc biệt cấu trúc tạo cân công suất ba pha cổng Bộ biến đổi bao gồm hai biến đổi khác kết nối lại thành biến đổi tổng thể Mỗi biến đổi có nhiệm vụ cấu trúc điều khiển riêng là: Bộ biến đổi phía bên trái chỉnh lưu tích cực ba pha xây dựng cấu trúc nối tầng, cấu trúc nguyên lý hoạt động trình bày Chương3 Bộ biến đổi có nhiệm vụ giữ cho dịng điện chiều U DC khơng đổi Chính điều chỉnh mạch vòng điện áp cho thành phần U d lấy tín hiệu đầu điện áp chiều U DC làm tín hiệu so sánh với giá trị mong muốn để ta điều chỉnh giữ cho điện áp U DC ổn định bám sát giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển trình bày Chương thông số cấu trúc điều khiển xây dựng hình 3.28 Học viên: Lê Phương Hảo Page 102 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp Bộ biến đổi bên phía bên tay phải chỉnh lưu tích cực đa mức ba pha nối tầng xây dựng biến đổi DC-AC-AC Bộ biến đổi có nhiệm vụ nhận trả công suất phản kháng công suất tác dụng Chính hệ thống điều khiển khác với chỉnh lưu tích cực bên tay trái Tín hiệu đưa vào điều chỉnh mạch vòng điện áp tín hiệu so sánh giá trị đặt mong muốn với giá trị ta đo lưới Khi ta thay đổi giá trị công suất đặt (Công suât phản kháng công suất tác dụng) lược lưới nhận trả cơng suất theo thay đổi giá trị đặt hay biến đổi trao đổi công suất cách linh hoạt Cấu trúc sơ đồ điều khiển trình bày chi tiết Chương hình sau: Học viên: Lê Phương Hảo Page 103 -KGain3 -KGain1 [iABC] From From2 [G_HB_A] [Vabc] Goto1 Goto [iABC] A B C [G_HB_B] From3 [G_HB_C] From4 iABC uABC delta Ud Qref Gates A+ A- Udc D1- D1+ [SineA] From7 Sine D1+ D1D2+ D2- D2+ D3+ A+ A- A- A+ Subsystem D2- [SineB] Sine D1+ D1D2+ D2D3+ D3- A- A+ Subsystem1 Sine D1+ D1D2+ D2D3+ D3- Subsystem2 Source V1abc -K- [V1abc] [i1ABC] Goto6 Goto5 Gain4 -K- P2 Q2 P2 Q2 [SineA] Goto8 [SineB] Goto9 [SineC] Goto7 Scope2 Three-Phase Source1 C B A Gain2 Vabc A Source I1abc Iabc a B b C c A B C Q2 P2 abc Controller1 iABC uABC Pref Qref Ctrl_Output RL Branch1 V-I Measurement2 A B C [i1ABC] Udc_Sum From9 [SineC] From8 D3- 1/3 [G_HB_A] [G_HB_B] Goto3 [G_HB_C] Goto4 From6 From5 [V1abc] Pref Qref Goto2 Gain D3- HB Gates A D3+ D3+ D2- D2+ D1- D1+ Udc levels H Bridge Multilevel Gates A+ AD3- D3- D3+ D2- D2+ D1- D1+ Udc levels H Bridge Multilevel1 Gates A+ A- levels H Bridge Multilevel2 Scope1 levels H bridge PWM controller HB Gates C Sine Ref HB Gates B Ctrl_Output abc Controller2 Source Iabc Udc_Sum_Error iABC [Vabc] From1 PID Controller3 PID(s) RL Branch A Vabc Source Uabc Iabc Source Iabc B a A b B c C C Three phases Half-Bridge Cascaded Multilevel Active Rectifier cells per phase, levels Discrete, Ts = 1e-006 s A B C Ud ref Three-Phase Source V-I Measurement1 Ud ref1 Page 104 Học viên: Lê Phương Hảo Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Công Nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội 5.2 Mơ hình mơ Hình 5.1 Sơ đồ mơ tổng thể biến đổi Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp 5.3 Kết mô Udc 600 400 200 -200 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.45 0.5 0.45 0.5 Time [s] Hình 5.2 Trung bình giá trị điện áp chiều ba pha source Iabc 60 40 20 -20 -40 -60 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Time [s] Hình 5.3 Hình dạng dòng điện nguồn xoay chiều i abc source V1abc 400 300 200 100 -100 -200 -300 -400 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Time [s] Hình 5.4 Hình dạng điện áp nguồn xoay chiều V1 abc Học viên: Lê Phương Hảo Page 105 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp source I1abc 80 60 40 20 -20 -40 -60 -80 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Time [s] Hình 5.5 Hình dạng dịng điện nguồn xoay chiều I1 abc P error 1.5 0.5 -0.5 -1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 0.7 Time [s] Hình 5.6 Giá trị P đặt P đo Q error 0.5 -0.5 -1 -1.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 Time [s] Hình 5.6 Giá trị Q đặt Q đo Học viên: Lê Phương Hảo Page 106 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết quả: Như kết ta thấy dòng điện nguồn xoay chiều iabc ban đầu chưa đạt kết hình sin sau khoảng thời gian giá trị dòng điện ba pha ổn định, cân có dạng sin phải khoảng thời gian dài khoảng 0,4s hệ thống điều khiển bên phía chỉnh lưu vào làm việc ổn định Như kết hình 5.5 dạng dịng điện đầu vào MC có dạng sin ổn định nhanh ba pha hệ thống điều khiển làm việc tốt song phải khoảng thời gian dài hệ thống vào làm việc ổn định Điện áp chiều có giá trị ổn định bám sát giá trị đặt có đơi lúc cịn bị q điện áp lên tới 50V hệ thống lại trở lại ổn định đến thời điểm 0.6s giá trị điện áp chiều ổn định hồn tồn sai lệch khơng đáng kể Kết luận: Luận văn phân tích cấu trúc mạch lực xây dựng hệ thống điều khiển biến tần đa cấp nối tầng bao gồm thuật toán, điều chế độ rộng xung, logic điều khiển chuyển mạch, cấu trúc tham số mạch vòng điều chỉnh Xây dựng mơ hình mơ Matlab để kiểm chứng khả hoạt động đặc tính hệ thống Kết mô cho thấy chất lượng đáp ứng tốt hệ thống làm việc ổn định chứng quan trọng để áp dụng vào thực thực tế tương lai Kiến nghị: Luận văn phân tích xây dựng biến đổi cho hai nguồn phát phân tán chưa kết nối nhiều nguồn lúc biến đổi xây dựng lý thuyết kiểm chứng kết mơ cịn thiếu tính đa dạng thực tế Bộ biến đổi khoảng thời gian lâu ổn định cần phải tiếp tục nghiên cứu để điều khiển làm việc hiệu chất lượng để điều khiển hoàn thiện ứng dụng vào thực tế tương lai Học viên: Lê Phương Hảo Page 107 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Công Nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS.Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, nhà xuất giáo dục, 2002 [2] Võ Minh Chính - Phạm Quốc Hải - Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2008 [3] Specific targeted research for Uniflex-PM – UNIFLEX-PM_DOW [4] J S Lai and F Z Peng, “Multilevel converters—A new breed of power converters,” IEEE Trans Ind Applicat., vol 32, pp 509–517,May/June 1996 [5] Surin Khomfoi and Leon M Tolbert The University of Tennessee, “Multilevel Power Converters” [6] Ali Keyhani Mohammad N Marwali Min Dai, “Integration of Green and Renewable Energy in Electric Power Systems” [7] Ryszard Strzelecki, Grzegorz Benysek, “Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks” [8] Trần Trọng Minh “Biến tần ma trận” [9] Simone Buso and Paolo Mattavelli, “Digital Control in Power Electronics” [10] Jih-Sheng Lai, Fang Zheng Peng; Multilevel Converters – A New Breed of Power Converters; IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL APPLICATIONS, VOL 32, NO 3, MAY/JUNE 1996 [11] José Rodríguez , Luis Luis, et al.; High-Voltage Multilevel Converter With Regeneration Capability; IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL 49, NO 4, AUGUST 2002 [12] M Li, J N Chiasson, L M Tolbert; Capacitor Voltage Control in a Cascaded Multilevel Inverter as a Static Var Generator; Power Electronics and Motion Control Conference, 2006 IPEMC 2006 CES/IEEE 5th International Học viên: Lê Phương Hảo Page 108 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp PHỤ LỤC Chương trình tính tốn thơng số điều chỉnh dịng (PI PR) điện Matlab % Thi?t k? b? ?i?u ch?nh dòng ?i?n PI % Tham s?: VDC=400 V; fo=50 Hz; Ls=3,5 mH; Rs=0.1 ohm; fs=10 kHz; GTI=0,1; % cpk=1V % T?n s? c?t: wc=0,1ws; ws=2*pi*fs; wo=2*pi*fo % C?n xác ??nh Kp, Ki cpk=1; VDC=450; %V Ls=4.5e-3; %H Rs=0.01; %ohm GTI=1/50; fo=50; %Hz wo=2*pi*fo; %rad/s fs=10e3; %Hz Ts=1/fs; %s ws=2*pi*fs; %rad/s wc=0.1*ws; %cross-over frequency %calculation of gain Kp Kp=(cpk/VDC)*(Rs/GTI)*sqrt(1+(wc*Ls/Rs)^2) %calculation of Ki gain Phase margin phm=60 degree phm=65*pi/180; %rad Ki=(wc*Kp)/(tan(-pi/2+phm+2*atan(wc*Ts/4)+atan(wc*Ls/Rs))) % Plot bode diagram of the open loop transfer function s=tf('s'); Gs=(Kp+Ki/s)*(VDC/cpk)*((1-s*Ts/4)/(1+s*Ts/4))*(GTI/Rs)*(1/(1+s*Ls/Rs)); % bode(Gs) % Open loop transfer function with P+Resonant controller wcut=1.5; Hs=(VDC/cpk)*((1-s*Ts/4)/(1+s*Ts/4))*(GTI/Rs)*(1/(1+s*Ls/Rs)); Cs0=Kp; Cs1=Cs0+2*Ki*wcut*s/(s^2+2*wcut*s+wo^2); %P+Resonant controller Cs15=Cs1+2*Ki*wcut*s/(s^2+2*wcut*s+(5*wo)^2); Cs157=Cs15+2*Ki*wcut*s/(s^2+2*wcut*s+(7*wo)^2); Gsres=Cs0*Hs; Gsres1=Cs1*Hs; Gsres15=Cs15*Hs; Gsres157=Cs157*Hs; bode(Gs,Gsres,Gsres157),grid;%Compare bode diagrams of Gs and Gsres %Closed loop Gsclosed=Gs/(1+Gs); Gsresclosed=Gsres/(1+Gsres); % bode(Gsclosed,Gsresclosed); Học viên: Lê Phương Hảo Page 109 Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ mơn: TĐH-Xí Nghiệp Cơng Nghiệp Chương trình tính tốn thông số điều chỉnh điện áp Matlab %Design a PI regulator for DC voltage loop Rdc = 20; %Omh Eacrms = 220; %VAC Vdc = 450; %VDC Cdc = 5000e-6; %uF syms Kp Ki ; %F = subs(G, s, i*w) %Giw = abs(F) phm = 60*pi/180; Tdc = Cdc*Rdc/2; K = Rdc*Eacrms^2/(2*Vdc); omegaCL=2*pi*25;%Cross frequency of voltage loop is low as 15 Hz k1 = sqrt(Ki^2 + (omegaCL*Kp)^2) - (omegaCL/K)*(sqrt(1+ (omegaCL*Tdc)^2)) k2 = -pi + phm - atan(1/(omegaCL*Tdc)) - atan((omegaCL*Kp)/Ki) A=solve(k1,k2); kp = double(A.Kp)%take positive results only ki = double(A.Ki)%take positive results only Kp = kp(2) Ki = ki(2) s = tf('s') G = (Kp + Ki/s)*K/(1 + s*Tdc) bodeplot(G) Học viên: Lê Phương Hảo Page 110 ... điều khiển, kiểm sốt tốt nguồn lượng Việc ghép nối làm việc song song nguồn phát phân tán nhằm mục đích quy họp nguồn lượng nhỏ lẻ thành nguồn phát có cơng suất lớn trao đổi linh hoạt cơng suất. .. Đáp ứng điều chỉnh cộng hưởng Hệ thống điều khiển dòng điện điện áp chỉnh lưu tích cực pha có cấu trúc hình 3.8 Với điều chỉnh điện áp PI điều chỉnh dòng điện PI cộng hưởng (PR) Qua phân tích... đến biến tần đa mức hệ thống thiết bị tham gia vào trình điều khiển đảm bảo chất lượng điện hệ thống điện, tiêu biểu hệ thống bù tĩnh (SVM, STATCOM), hệ thống điều khiển dòng Học viên: Lê Phương