Thuật toán điều khiển tuyến tính có thể được coi là thuật toán điều khiển chủ đạo đối với các thiết bị DVR hiện hành. Trong các thuật toán điều khiển tuyến tính được sử dụng, có thể phân biệt thành thuật toán điều khiển tín hiệu giao trước, thuật toán điều khiển tín hiệu hồi tiếp và thuật toán điều khiển hỗn hợp.
Thuật toán điều khiển feed-forward control (FFC) là một thuật toán điều khiển đơn giản của thiết bị DVR. Phương pháp này không thực hiện dò đọc điện áp phụ tải mà nó tính toán điện áp bù dựa trên điện áp trước và điện áp xảy ra trong quá trình sụt áp. Thuật toán điều khiển FFC tiến hành kiểm tra độ sai khác giữa điện áp danh định và điện áp thực tế của phụ tải để đưa ra mức điện áp bù cần thêm vào.
Thuật toán điều khiển tín hiệu hồi tiếp (feed-back control) được xây dựng trên cơ sở hệ thống khoảng trống tình trạng được tạo ra từ các điểm cực trong chu trình kín với mục đích tạo ra các phản ứng nhanh hơn khi xuất hiện sự dao động điện áp. Cả hai thuật toán điều khiển tín hiệu giao trước và điều khiển tín hiệu hồi tiếp đều được thực hiện bởi thuật toán điều khiển vô hướng và thuật toán điều khiển vector.
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
38 Thuật toán điều khiển hỗn hợp (composite control) là thuật toán điều khiển kết hợp tín hiệu feed-forward của điện áp của lưới và tín hiệu feed-back của điện áp phụ tải. Phương pháp này tập hợp điểm mạnh của cả hai phương pháp, thuật toán điều khiển tín hiệu giao trước và thuật toán điều khiển tín hiệu hồi tiếp, vì vậy nó có hiệu quả cao hơn trong việc bù điện áp. Nếu mạch điều khiển tín hiệu hồi tiếp được xây dựng trong thuật toán điều khiển hỗn hợp là hệ thống hai mạch vòng, nó có thể nâng cao tính ổn định, linh hoạt và hiệu quả đối với phụ tải động lực. Việc kết hợp với thuật toán điều khiển tín hiệu giao trước có thể nâng cao khả năng tác động của hệ thống, làm giảm thời gian bù một cách hiệu quả. Thuật toán điều khiển, với tín hiệu giao trước của dòng điện phản kháng và tín hiệu hồi tiếp của dòng điện phụ tải, được thiết kế không cần máy biến ghép nối tiếp sẽ làm giảm đáng kể kích thước và chi phí của thiết bị DVR.
2.4.2. Thuật toán điều khiển phi tuyến
Thuật toán điều khiển phi tuyến được phát triển dựa trên việc ứng dụng bộ chuyển mạch bán dẫn công suất trong Bộ biến đổi điện áp của thiết bị DVR. Trong trường hợp hệ thống mất ổn định, những phương pháp tuyến tính đã được phát triển không thể hoạt động một cách hoàn hảo để đạt mục tiêu điều khiển một cách rõ ràng do giới hạn của bản thân phương pháp.
- Thuật toán mạng nơ-ron nhân tạo (Articficial neural network control- ANN): Một trong những thuật toán điều khiển phi tuyến là thuật toán mạng nơron nhân tạo với khả năng tự thích nghi và năng lực tự tổ chức. thuật toán mạng nơron nhân tạo có thể giám sát mối quan hệ phi tuyến dựa trên thông số đầu vào và đầu ra mà không cần các mô hình toán học chi tiết. Căn cứ cấu trúc thiết kế, mạng nơron nhân tạo có thể được phân chia thành mạng nơron tín hiệu giao trước, mạng nơron tín hiệu hồi tiếp, mạng nơron xấp xỉ nội vùng và mạng nơron mờ.
- Thuật toán logic mờ (Fuzzy logic control-FL): Thuật toán điều khiển logic mờ của thiết bị DVR đối với điện áp bù có triết lý thiết kế lệch khỏi so với các thuật toán trước đây. Thuật toán này được phát minh dựa trên lý
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
39 thuyết tập hợp mờ. Các bộ điều khiển logic mờ là một lựa chọn đáng được quan tâm khi không thể có được các công thức toán học chính xác. Điểm nổi bật thuật toán này là khả năng làm giảm các sai sót và sự quá tải truyển tiếp của việc mã hóa độ rộng xung.
- Thuật toán mã hóa độ rộng xung vector không gian (Space Vector pulse width modulation control-SVPWM): Thuật toán điều khiển mã hóa độ rộng xung vector không gian được áp dụng trong các bộ truyền động biến tốc của động cơ xoay chiều, tại Nhật trong thập kỷ 80 của thế kỷ 19. Ý tưởng chính của thuật toán này là thông qua một không gian vector của Bộ biến đổi điện áp để có được một từ trường quay gần tròn thay vì các mã hóa độ rộng xung ban đầu, qua đó đạt được một đường đặc tính trao đổi tốt hơn trong điều kiện tần số chuyển mạch thấp.
- Thuật toán phép biến đổi Fourier: Thuật toán này áp dụng phép biến đổi Fourier cho mỗi pha của nguồn điện cấp, nó có khả năng đạt được độ lớn và góc pha của dao động thành phần chẳng hạn như các sóng hài bậc 5 và bậc 7. Đây là một thuật toán khá tối ưu so với các thuật toán phát hiện sụt điện áp ngắn hạn khác. Hơn nữa, thuật toán này có thể dễ dàng áp dụng trong hệ thống điều khiển theo thời gian thực.
- Thuật toán vòng khóa pha (Phase Locked Loop - PLL)
Về nguyên tắc nói chung, thiết bị DVR sử dụng thuật toán vòng khóa pha (Phase Locked Loop - PLL) để theo dõi tần số và góc pha của điện áp nguồn cấp và bất cứ một sự thay đổi nào so với điều kiện hoạt động bình thường có thể dễ dàng phát hiện. Thuật toán vòng khóa pha (PLL) là thuật toán điều khiển vòng khóa hồi tiếp, nó tạo ra một tín hiệu với cùng tần số và góc pha với tín hiệu đầu vào. Nó bao gồm một bộ phát dao động để tạo ra tín hiệu đầu ra. Các chức năng bên trong của thuật toán vòng khóa pha (PLL) có thể được phân chia thành bộ tách sóng pha, bộ phát dao động thay đổi và một đường hồi tiếp. Thuật toán vòng khóa pha (PLL) đáp ứng đối với thay đổi đầu
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
40 vào của tần số và góc pha bằng cách tăng hoặc giảm tần số của bộ phát dao động cho đến khi đạt bằng tín hiệu đầu vào tham chiếu.
Một mạch điều khiển vòng khóa pha (PLL) đơn giản được trình bày trong hình 2.11. Góc pha của tín hiểu đầu vào được so sánh với đầu ra hồi tiếp của bộ phát dao động và đưa ra một sai số tín hiệu. Sai số tín hiệu sẽ được tạo ra cùng với định dạng của tín hiệu điện áp và theo tỷ lệ với sai khác góc pha giữ tín hiệu đầu vào và đầu ra. Tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng pha bao gồm các thành phần sóng hài vì vậy nó phải đi qua bộ lọc thông thấp. Tuy nhiên, việc lọc này có thể gây ra những độ trễ tức thời trong việc xác định sụt giảm điện áp ngắn hạn, đây là điều không mong muốn.
Bộ tách sóng pha V1=KPDj Bộ lọc vòng V2=KF(w)V1 Bộ tạo dao động điện áp có điều khiển j2=KV /jw Input j1 j2 V1 V2 j2 output
Hình 2.16. Sơ đồ khối giản thiểu của thuật toán vòng khóa pha (Phase Locked Loop-PLL)
Khi đó điện áp điều khiển đầu ra của bộ lọc vòng được đưa vào bộ tạo dao động điện áp có điều khiển và đưa ra một tín hiệu pha ở đầu ra. Tín hiệu ở đầu ra này (dưới dạng một góc pha) sẽ hồi tiếp ngược về bộ tách sóng pha. Đầu ra của bộ tạo dao động sẽ được so sánh với tín hiệu đầu vào và nếu hai tần số là khác nhau, tần số của bộ tạo dao động sẽ được điều chỉnh để bằng tần số đầu vào.
Ngoài những thuật toán điều khiển nêu trên, còn có một vài thuật toán điều khiển khác đang được áp dụng trong các thiết bị DVR sử dụng cho việc phát hiện sụt điện áp ngắn hạn trên pha đơn, như thuật toán vòng khóa pha mềm, thuật toán lý thuyết hình thái toán học xây dựng trên bộ lọc thông thấp, thuật toán so sánh giá trị tức thời... cũng được sử dụng rộng rãi trong phát hiện sụt điện áp ngắn hạn trong lưới điện phân phối.
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
41
2.5. Kết luận
DVR là thiết bị bù chủ động nối tiếp nhằm khắc phục các vấn đề chất lượng điện năng nói chung và SANH nói riêng. Cấu trúc chung và các nguyên tắc bù điện áp để khắc phục SANH của thiết bị DVR được giới thiệu. Trên cơ sở đó, chương 3 sẽ mô phỏng và phân tích việc sử dụng DVR để khắc phục SANH gây ra bởi việc khởi động các động cơ trong lưới điện công nghiệp. Phương pháp sử dụng sẽ là bù theo điện áp trước sự cố với thuật toán điều khiển feed forward control.
Học viên: Nguyễn Mỹ Dung – Lớp: 11BKTĐHTĐ
42
CHƢƠNG 3
MÔ PHỎNG MATLAB/SIMULINK SỬ DỤNG THIẾT BỊ DVR KHẮC PHỤC SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN DO KHỞI ĐỘNG TRỰC
TIẾP ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dựa trên các phân tích về SANH và giải pháp khắc phục SANH sử dụng thiết bị DVR, Chương 3 của luận văn sẽ phân tích và mô phỏng tác dụng