Thuật toán MPPT cho Hệ Phát Điện Gió Sử dụng Nguồn Điện Dự trữ

Yêu cầu đề tài

Đặc tính trong Wind Turbine

 Hệ số công suất không phải là một giá trị tĩnh mà thay đổi một cách phi tuyến, công thức cơ bản về hệ số công suẩt sử dụng cho mục đích mô phỏng có thể được định. Trong đó Tm là momen cơ sinh ra bởi turbine (Nm). Mỗi đường đặc tính đều có 1 điểm công suất cực đại. Bằng cách kiểm soát góc pitch β) và tỷ lệ tốc độ đầu cánh λ thì có thể duy trì giá trị Cp một cách tối ưu.

Bài toán điều khiển phía nguồn

MPPT có nhiều kỹ thuật điều khiển như thuật toán nhiễu loạn quan sát P&O, điều khiển tốc độ đầu cánh TSR, điều khiển tối ưu - mối quan hệ - cơ sở ORBC…Trong các thuật toán nêu trên thì thuật toán P&O là thuật toán tương đối cơ bản, đơn giản, dễ áp dụng, được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Đối với thuật toán TSRC, mặc dù đây là thuật toán đơn giản và trực giác nhưng nó phụ thuộc nhiều vào sự chính xác của việc đo lường tốc độ gió, đây là một khó khăn cho thuật toán này.Đối với thuật toán ORBC, nhược điểm chính của nó là yêu cầu sự hiểu biết về thông số của hệ thống một cách chính xác.

Bài toán điều khiển phía tải

Có tất cả 27 trạng thái chỉ ra trong hình 2.10, ta có sáu trạng thái ở hàng cuối cùng tương ứng khi các pha đầu ra được nối với các pha đầu vào khác nhau gọi là các vectơ quay (Các vectơ này không cần quan tâm). Việc tính toán theo arctg đòi hỏi rất nhiều thời gian của CPU, vì vậy cần tránh tính toán trực tiếp góc θo theo (3.10) .Vị trí của vectơ không gian có thể được xác định theo tọa độ qua một số phép so sánh như ở hai cột cuối cùng của bảng 3.2. Tuy nhiên khi đó sẽ cần phải đo các giá trị điện áp vào từng pha Ua, Ub, Uc, sau đó chuyển thành vectơ không gian trên mặt phẳng 0αβ (Uiα, Uiβ) rồi tính toán theo bảng 3.2. Để tránh phải đo chính xác điện áp và tính toán nhiều có thể sử dụng mạch xác định thời điểm điện áp. vào qua không, từ đó xác định được các góc phần sáu và góc pha giản và chính xác hơn. c) Xác định các hệ số biến điệu. Cách làm này đơn. Hình 2.13 Tổng hợp vector không gian từ các vector biên chuẩn. Một vectơ điện áp đầu ra có vị trí bất kỳ trên mặt phẳng, đang ở trong một góc phần sáu nào đó, có thể được tổng hợp từ hai vectơ thành phần có hướng theo hai vectơ biên chuẩn của góc phần sáu đó. Các phép tính hình học cho phép xác định độ dài các vectơ thành. Do là góc xác định vị trí tương đối của vectơ uo trong góc phần sáu. Mỗi vectơ thành phần này có thể được xác định nhờ hai vectơ trên cùng hướng vectơ biên chuẩn. Việc lựa chọn sử dụng vectơ điện áp chuẩn đầu vào nào sẽ phụ thuộc vào vị trí của vectơ dòng. điện đầu vào so với các vectơ chuẩn dòng đầu vào. Với một vectơ dòng điện đầu vào có vị trí. là hai vectơ tựa trên hai vectơ dòng điện biên chuẩn của góc phần sáu tương ứng. Mỗi vectơ thành phần này lại cũng có thể được điều chế nhờ hai vectơ dòng điện cùng hướng nhưng ngược chiều nhau. Trong sector điện áp I và sector dòng điện I:. Theo đồ thị vectơ không gian trên Hình 3.4, các vectơ điện áp được sử dụng có độ dài bằng uab, uac. Góc pha đầu vào qi được tính từ trục hoành 0a, giá trị tức thời của uab, uac có thể được biểu diễn theo công thức:. Mỗi vectơ điện áp thành phần đầu ra uo1, uo 2. có thể được điều chế theo hai vectơ chuẩn có cùng hướng nhưng ngược chiều nhau, vì vậy quá trình điều chế chính là phép cộng đại số theo chiều dài của các vectơ tương ứng theo biểu thức. Ta có các hệ số biến điệu d1, d3, d4, d6 thể hiện thời gian trung bình các vectơ thành phần có mặt trong phép biến điệu để tạo ra các vectơ Ts. trong một chu kỳ cắt mẫu. Trong đó iA, iB là giá trị tức thời của dòng điện trên hai pha đầu ra; Di là góc pha của vectơ ii tương đối trong góc phần sáu.  φo: góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp đầu ra. Để dòng đầu vào không phụ thuộc góc pha của dòng đầu ra thì:. Giá trị tuyệt đối của các hệ số điều biến d1, d3, d4, d6 thể hiện thời gian đóng điện tương đối của các vectơ được sử dụng trong mỗi chu kỳ lấy mẫu Ts. Các vectơ không hoàn tất một chu kỳ lấy mẫu. Áp dụng ta suy ra. Quy luật điều khiển trong trường hợp gần lý tưởng, với hệ số công suất đầu vào xấp xỉ bằng 1, coi φi=0. d)Thứ tự chuyển mạch.

+ Phương pháp trung tâm: Chọn ba vectơ không gian liền kề với Vref và kết hợp chúng với các thời gian chuyển mạch thích hợp, trong đó một trong ba véc tơ là véc tơ không gian trung tâm (000 hoặc 111). Tuy nhiên với bộ điều khiển cộng hưởng trong hệ tọa độ tĩnh, tương đương với một tham số tích phân trong tọa độ đồng bộ, có thể đạt được sai lệch không tại tần số cộng hưởng hw1. Hàm truyền bộ PI (1) nếu được thực hiện trong hệ tọa độ đồng bộ cho chuỗi thành phần thứ tự thuận có thể thu được bằng cách áp dụng một dịch chuyển tần số với -hw1 ở tất cả các tần số.

Trong điều kiện độ dự trữ pha và tần số cắt fC được giữ không đổi khi thay đổi hệ số KIh thì, nếu KIh được tăng lên, đỉnh cộng hưởng trở nên thấp hơn (nhạy cảm với nhiễu và các tần số không mong muốn nhiều hơn), nhưng cho đáp ứng quá độ của các tần số h1 trở nên nhanh hơn.

Điều khiển phía nguồn

Giải thuật P&O được lập trình qua khối MATLAB Function, đầu vào là điện áp (Vrec) và dòng điện (Irec) đo được phía sau bộ chỉnh lưu không điều khiển. Khi Ib>0, acquy hoạt đông ở trạng thái xả, ngược lại thì acquy hoạt động ở trạng thái nạp. Siêu tụ chạy trong trạng thái nạp điện áp không đổi có thể tối thiểu hóa dòng sạc nhỏ và chu kỳ.

Tính chất nạp/xả của mạch phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của 2 van bán dẫn.

Điều khiển phía tải

- Dưới đây là mô hình hóa hệ thống điều khiển Inveter sử dụng bộ điều khiển tỉ lệ cộng hưởng PR mà nhóm em xây dựng. Các tham số Kp, Kr của bộ điều khiển điện áp và dòng điện sẽ được trình bày ở mục 3.2.4.

Kết quả bài toán MPPT

Để kiểm chứng thuật toán P&O khi hệ thống gió hoạt động trên dải vận tốc gió thay đổi, nhóm em điều chỉnh đổi tốc độ gió [9 ÷ 12 m/s] và kiểm tra công suất phát của Turbine. Nhiệm vụ của thuật toán là tìm được điểm công suất cực đại ứng với các tốc độ gió khác nhau. Nhận xét : ứng với mỗi tốc độ gió khác nhau ngoài điều kiện thực tế, thuật toán P&O tìm được điểm công suất cực đại tương ứng.

Tại những thời điểm vận tốc gió thay đổi, thời gian đáp ứng công suất thực theo MPP nhanh, độ quá điều chỉnh tại thời điểm quá độ vẫn còn lớn. Dao động xung quanh điểm công suất cực đại là do chọn bước nhảy của P&O lớn.

Kết quả điều khiển phía tải

Tuy nhiên bộ điều khiển điện áp và dòng điện đã điều khiển ổn định lại chất lượng điện áp đặt lên tải và ổn định ngay sau đó. Điện áp hoạt động ổn định ngay sau thời điểm ngắt và duy trì ổn định. Mục đích: kiểm tra tình huống mất cân bằng điện áp thì hệ thống có điều khiển ổn định được điện áp không.

Nguyên nhân có thể do tham số bộ điều khiển PR lựa chọn chưa phù hợp để giảm sai lệch và thời gian đáp ứng. Ngoài ra có thể giảm THD < 3% để đạt yêu cầu bằng cách tăng giá trị bộ lọc LC, tuy nhiên độ lớn điện áp cũng bị sụt trên bộ lọc đáng kể.