Nghiên cứu mạch lọc tích cực ba pha ứng dụng trong hệ thống quang điện

Đặt vấn đề

Mặc dù các mạch lọc thụ động có cấu trúc đơn giản,giá thành thấpvàdễ sử dụng nhưngcũng tồn tại nhiều khuyết điểm như là: dễ xảy ra cộng hưởng với lưới điện, mất ổn định, khó để cải thiện độ méodạng hài tổng và khảnăngbù không linh hoạt. Tuy nhiên,hiệu quả làm việccủa các APF còn phụ thuộcvàonhiều yếu tố như là: công suất thấp, công suất của bộ nghịch lưu nguồn áp lớn, rất khó ổn định điện áp DC-linknhấtlàtrongtrườnghợp bộ nghịch lưu làm việc vớitần số đóng ngắt lớn.

Ý nghĩa và những đóng góp của luận văn

Việc đa dạng hóanguồn cấp cho mạch lọc tích cực và bù công suất phản khángsẽ thúc đẩy sự pháttriển của các hệthống điện thông minh, nâng cao độ linh hoạt,tin cậy và bền vững của cơ sở hạ tầng năng lượng. Tóm lại, nghiên cứu và ứng dụng mạch lọc tích cực ba pha kết hợp với hệthống PV mang lại nhiều ý nghĩa thiết thực, từ việc cải thiện chất lượng điện năng, tích hợp hiệu quả năng lượng tái tạo, nâng cao hiệu quả kinh tế, cho đến thúc đẩy phát triển bền vững vàbảo vệ môi trường.

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CÁU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỌNG CỦA HỆ THÔNG MẠCH LỌC TÍCH cực VỚI

Hoạt động của APF trong điều kiện không có ánh sáng mặt trời: Vào ban đêm hoặc những lúc trời nhiều mây, cường độ ánh sáng yếu, mảng PV sẽ khôngthể sinhra đủ năng lượng để đápứng nhu cầu của phụ tải. Nguyên lý bù sóng hài và công suất phản kháng của APF: Mục tiêu chính của APF là tạo ra dòng bù if sao cho khi cộng với dòng tải iL, ta sẽ thu được dòng nguồn is dạng sin cơbản cùng pha với điện áp nguồn vs. Đây làthành phần dòng chậm pha hoặc vuông pha 90° so với điện áp, tạonên công suấtphản kháng trên lưới.APF sẽ tính toán dòngiL,q dựa trên điện áp nguồn và công suất phản kháng tiêu thụ bởi tải, sau đó tạo ra dòng bù if,q bằng độ lớn và ngược pha.

Bằng cách điều chế độ rộng xung PWM thích hợp cho các khóa dựa trên tín hiệu dòng bù tham chiếu, VSI sẽ tạo ra dòng bù zfbám sát dạng sóng mong muốn. Nhưvậy, nhờ sự phối hợpgiữa mảngPV, bộ tăng áp DC-DC và mạchAPF, tacó thể vừa tích hợp hiệu quả nguồn năng lượng tái tạo, vừa nâng cao chất lượng điện năng trên lưới phân phối bằng giảm thiểu sóng hài và công suất phản kháng gây rabởi tải phi tuyến. Lý thuyết p-q mở rộng được sử dụng để ước tính các thành phần tác dụng, phản kháng, hài của dòng tải hay nói cách khác làtham chiếudòng bù cho mạch lọc.

ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG MẠCH LỌC TÍCH cực VỚI PHOTOVOLATIC

Sau đó, dòng điện thu được được nhân với sóng hình sin tham chiếu sin((Dt ) để tạo thành thành phần thứ hai của tín hiệu tham chiếu hiện tại if,ref2. Để tạo ra dồng bù sau dòng điện tín hiệu tham chiếu, phương pháp điều khiển trễbăng tần cố định được áp dụng. Tín hiệu tham chiếu dòng bù ước tính if,ref và tín hiệu dòng bù thực tế if được đưađến bộ điều khiển dòng trễ băng tần cố định để tạo ra tín hiệu điều chỉnh thích hợp cho các IGBT. 3.2 Phương pháp điều khiểncho mạchlọc tíchcực. Cấu trúc của mạch điều khiển cho mạch lọc tíchcựcbao gồm: bộ ước tính tham chiếu dòng bù,bộ điều khiển điện áp DC - bus, PLL và LPF. Ước tính tham chiếu dòng bù cho APF dựa trên lý thuyết p-q mở rộng. Trong việc này, ứng dụng của lý thuyết p-q mở rộng được áp dụng cho APF được kết nối với mảngPV. Trong cấu trúc liên kết đề xuất, định lý p-q mở rộng được áp dụng để ước tínhcác thành phần tác dụng, phản khángvà hài của dòng tải. Dòng tải phi tuyến được tính bằng công thức. Từ đó dễdàng tính được công suất của tải phi tuyến. Tương tự cũng dễ dàng tính được công suất phản kháng của tảiphituyến. Việc tính toán dòng bù hên quan đến việc sử dụng các thành phần DC củacông suất tác dụng và công suất phản kháng tức thời được tính toán. Do đó, LPF phải đáp ứng được trích xuất các thành phần DC tươngứngnhưhình [45]. Hình 3.2 Mạch lọc LPF cho các thành phần DC Mỗi LPF bao gồmbộ lọc Butterworth bậc hai, với tần số cắt Ilpf = 5 Hz Hàmtruyền của ButterworthLPF bậc haitrong miền s được cho bởi. Trong đó tàLPF = ZnfLpp được đinh nghĩa là tần số suy giảm tự nhiên và ^ là tỷ lệ suy giảm. LPF Butterworth bậchai đặc trưng bởi^=0.707. Biến đổi tuyến tính mạchLPF kết quả thu được. Hệ số lọc được tính toán như sau. Lưu ý giá trị ừ)LPF trong hệ số lọc khác với (ứLpp trong hàm truyền của Butterworth LPF bậc hai. Bộ dò pha phát hiện độ lệch pha giữa tín hiệu đầu vào 0in(z) và tín hiệu phản hồi 0fd(z), kết quả so sánh được gửi đến vòng lọc.Đầu ra của vòng lắp được đưa tói DCO đểtạo ra0fd(z) dạng hình sin và có biên độ sóng bằng 1. Với sơ đồ khối và hàm truyền của các thành phần trên, mô hình thời gian tuyến tính (LTI) có thể được pháttriển để biểu diễn PLL kỹ thuật số với hàm truyền vòng kín như sau.

Trong điều kiện lý tưởng thì mạch APF có kết nối PV gần như không cần cung cấp bất kỳ công suất phản kháng nào để triệttiêu dòng điện phản kháng vàdòng hài từ tải. Tuy nhiêndo sự khôngổnđịnh củanguồn cung cấp PV nên nguồn cấp có vai trò bổ sung cho VSI để duy trì điện áp trên trên bus DC không đổi, đảm bảo mạchAPF luôn hoạtđộng ổn định. Việc sử dụng kết họp bộ ước tính tham chiếu dòng bù, bộ đều khiển diện áp DC - bus,PLL và LPF tạo ra tín hiệu diều chỉnhthích họp để đóng/cắt cácIGBT từ đó duy trì được hệ số côngsuất cosphi, bù công suất phản kháng tại điểm PCC ở mức mong muốn.

CHƯƠNG 4 CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN

Việc tích hợpPV vào Shunt APF giúp tận dụng triệt để hơn nănglượng tái tạo, đồng thời mở rộng chứcnăng của thiết bị, vừa hoạt động như một bộ lọc côngsuất tích cực vừa như một bộ biến đổi công suất từ PV lên lưới điện. • Bộ điều khiểnPI: Nhận tín hiệu sai lệch giữa tốc độ tham chiếu (từ khối Ploss) và tốc độ thực tế (phản hồi từ động cơ qua khối 600), từ đó tính toán và đưara tín hiệu điều khiển phù hợp để điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ, nhằmgiảm sai lệch và duy trìtốcđộ ẫn định. Với khả năng điềukhiển dòng công suất phản kháng một cáchnhanh chóng và chính xác, SAPF giúp cân bằng nhu cầu công suất phản kháng cảm kháng và dung kháng của lưới, từ đó ổn định điện áp và hỗ trợ truyền tải công suất.

Trước khi sử dụng mạch lọc,tỉ lệ méo dạng sóng điềuhòa tổng(Total Harmonic Distortion - THD) của nguồn điện là 22.71%, một giá trị khá cao và có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đến thiết bị điện và chất lượng điệnnăng tổngthể. Việc áp dụng rộng rãi các giải pháp này sẽ góp phần đảm bảo sựổn định, tin cậy của lưới điện, giảm thiểu tác động tiêu cực của sónghài đến thiết bị điện và thúc đẩy sự pháttriển của các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời. Tóm lại, kết quả thu được từ việcáp dụng mạch lọc APF kếtnối PV đã cho thấytiềm năng to lón của giải pháp này trong việc cải thiện chất lượng điện năng, giảm méo dạng súngvà thỳc đẩy sự phỏttriển củanăng lượng tỏi tạo.

Tuy nhiên, khi điện áp lưới là méo dạng và thay đổi nhiều sẽ dẫn tới điện áp DC do Photovoltaic cung cấp sẽ bị dao động mạnh, ảnh hưởng tới hệthống như hiệu quả bù công suất phản kháng và lọc hài bên cạnh đó phảitính đến yếu tố làkhi thờitiết không ổn định hoặc vào ban đêm Photovoltaic sẽ không cung cấp nguồn DC cho hệ thống mạch lọc được, Do đó nên nghiên cứu kếthợp với cácnguồn năng lượng tái tạo khác để bù vào những lúc thiếu hụtbởi Photovoltaic. Các phân tích khi phối hợp giữ mạch lọc tích cực song song và các thiếtbị kháng điện bù điều khiển bằngthyristor sẽ hoạt động tốthon trong hệthống máy và thiết bị công nghiệp sóng hài lón và độ méo dạng cao vì có công suất lớn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

“Complementary integrated circuits based on n-type and p-type oxide semiconductors for applications beyond flat-panel displays,” IEEE Trans. “A three-phasegrid-connected PV system based on SAPF for power quality improvement,” Telkomnika (Telecommunication Comput. “The use of low-pass filters as impedance inverters for highly miniaturized superconducting bandstop filter designs,” IEEE Trans.

“A 0.6 V, 2nd order low-pass Gm-C filter using CMOS inverter-based tunable OTA with 1.114 GHz cut-off frequency in 90nm CMOS technology,” Proc. “Modeling and analysis of three-phase active power filter integrated photovoltaic as a reactive power compensator using the simulink matlab tool,” 2020 5th Int. “A three-phase four-wire grid-connected photovoltaic system using a dual unified powerqualityconditioner,” 2015 IEEE 13th Brazilian Power Electron.