4.3.1 Bộ biến đổi DC-AC với đỏp ứng bước nhảy và cụng suất biến động
Mục này sẽ trỡnh bày cỏc kết quả mụ phỏng kiểm chứng hoạt động của bộ biến đổi DC-AC trờn Matlab/Simulink/SimPower.
Kết quả với đỏp ứng bƣớc nhảy
- Mạch lực mụ phỏng bộ biến đổi DC-AC trờn cụng cụ mụ phỏng Matlab/Simulink/Simpower (Hỡnh 4.6) dựa theo sơ đồ mạch điện trong Hỡnh 3.2. Ngoài bộ chuyển đổi nguồn ỏp 2-level với 6 xung diều khiển cỏc van, bờn phớa mạch một chiều là một tải RLC với C = 3.5 (F) đại diện cho siờu tụ.
69
Hỡnh 4. 6 Mạch lực bộ biến đổi DC-AC
- Bộ điều khiển controller theo phƣơng phỏp điều khiển dự bỏo đƣợc thể hiện trong Hỡnh 4.7. Trong đú khối “Predictive Controller “ là khối thực hiện điều khiển dự bỏo vũng dũng đƣợc lập trỡnh theo lƣu đồ thuật toỏn Hỡnh 3.7. Đầu ra của bộ điều khiển là hai giỏ trị Vd và Vq để đƣa vào khối điều chế vector khụng gian. Hai khối tớnh toỏn giỏ trị đặt Id* và Iq* từ cụng suất đặt, Ed đƣợc tớnh toỏn theo cụng thức (4.3)
70
Giỏ trị cụng suất trị cụng suất đặt sử dụng đỏp ứng bƣớc nhảy, cụng suất thực bộ biến đổi DC-AC và sai số
71
Hỡnh 4. 8Giỏ trị cụng suất theo đỏp ứng bước nhảy
Nhận xột:
Bộ biến đổi DC-AC đó đỏp ứng tốt với giỏ trị đặt.
Sai số cụng suất là tƣơng đối nhỏ ( 0, 2 1% 20
kW kW
72
Tại cỏc thời điểm thay đổi giỏ trị cụng suất đặt, sai số cú biến động tăng vọt là do đặc tớnh động học của bộ biến đổi cụng suất chƣa đủ nhanh và do số trạng thỏi hữu hạn cú thể thực hiện đƣợc của mạch van bỏn dẫn. Tuy nhiờn thời gian quỏ độ là rất ngắn và giỏ trị cụng suất thực đó nhanh chúng bỏm giỏ trị đặt.
Tại thời điểm 12s, giỏ trị cụng suất biến động mạnh từ giỏ trị đặt õm sang giỏ trị dƣơng (từ nhận cụng suất từ lƣới điện sang phỏt cụng suất lờn lƣới điện), giỏ trị cụng suất vẫn bỏm đƣợc giỏ trị đặt.
73 - Dũng điện Iabc
74
Hỡnh 4. 10 Điện ỏp tụ VDC-link
Nhận xột :
Tại thời điểm 12s, giỏ trị cụng suất biến động mạnh từ giỏ trị đặt õm sang giỏ trị dƣơng (từ nhận cụng suất từ lƣới điện sang phỏt cụng suất lờn lƣới điện), dũng Iabc đảo chiều nhƣng vẫn giữ đƣợc dạng hỡnh sin. Đảm bảo đƣợc chất lƣợng theo yờu cầu.
Điện ỏp VDC-link cú sự biến động khụng ổn định, tuy nhiờn bộ điều khiển vẫn đỏp
75
Đỏp ứng bộ biến đổi DC-AC với đƣờng cụng suất đặt mụ phỏng đƣờng đặt sau bộ lọc cụng suất giú biến động.
- Với đƣờng tốc độ giú biến thiờn và cụng suất tạo ra bởi turbine giú :
76
- Đƣờng cụng suất mong muốn sau khi qua bộ lọc và giỏ trị đặt cho SCESS.
77
- Đƣờng cụng suất thực tạo ra bởi bộ biến đổi DC-AC và sai số. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
78 Nhận xột :
Bộ biến đổi DC-AC đó đỏp ứng tốt với giỏ trị đặt biến thiờn.
Sai số cụng suất là tƣơng đối nhỏ ( 0, 2 1%
20
kW kW
) và khụng cú biến động sai số quỏ lớn ở những thời điểm cú sự biến động lớn về giỏ trị cụng suất đặt.
79 - Giỏ trị điện ỏp VDC-link.
Hỡnh 4. 14Điện ỏp VDC-link
Nhận xột:
80
4.3.2 Bộ biến đổi DC-AC ứng dụng trong thiết bị kho điện
Phần này sẽ trỡnh bày kết quả mụ phỏng hoạt động của bộ biến đổi DC-AC ứng dụng trong thiết bị kho điện sử dụng siờu tụ trờn Matlab/Simulink và phần mềm mụ phỏng Plecs. Cấu trỳc mạch điện gồm lƣới điện, bộ biến đổi DC-AC, bộ biến đổi DC- DC và mụ hỡnh siờu tụ thể hiện nhƣ hỡnh dƣới.
Hỡnh 4. 15Mụ hỡnh thiết bị kho điện sử dụng siờu tụ
- Đƣờng cụng suất mỏy phỏt sức giú, cụng suất mong muốn sau khi qua bộ lọc và cụng suất đặt cho SCESS
81
Hỡnh 4. 16Cụng suất tạo ra từ turbine giú, cụng suất sau bộ lọc và giỏ trị đặt cho SCESS
82 - Cụng suất thực tạo ra bởi kho điện và sai số
Hỡnh 4. 17Giỏ trị cụng suất thực và sai số so với giỏ trị đặt
Nhận xột:
Giỏ trị cụng suất đó bỏm giỏ trị đặt với sai số tƣơng đối nhỏ ( 0, 4 2% 20
kW kW
83 - Hệ số cụng suất và cụng suất phản khỏng
Hỡnh 4. 18Hệ số cụng suất và cụng suất phản khỏng
Nhận xột:
Hệ số cụng suất trong suốt thời gian mụ phỏng xấp xỉ bằng 1, tại cỏc thời điểm cụng suất biến động từ õm sang dƣơng (kho điện từ nạp sang xả) thỡ hệ số cụng suất cú biến động, tuy nhiờn đó nhanh chúng trở về giỏ trị mong muốn.
84 - Điện ỏp và dũng điện phớa xoay chiều
85 Nhận xột:
Dũng điện và điện ỏp phớa xoay chiều đảm bảo cú dạng hỡnh sin, thỏa món điều kiện để cú thể hũa vào lƣới điện.
- Điện ỏp và dũng điện phớa một chiều
86 - Dũng điện và điện ỏp phớa siờu tụ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 4. 21Điện ỏp và dũng điện siờu tụ
Nhận xột :
Bộ biến đổi DC-AC đó đỏp ứng tốt với giỏ trị đặt khi hoạt động trong thiết bị
kho điện.
Thỏa món cỏc điều kiện về hệ số cụng suất cũng nhƣ dạng điện ỏp, dũng điện
87
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiờn cứu, luận văn đó đạt đƣợc những kết quả sau:
- Đƣa ra đƣợc thuật toỏn điều khiển bộ DC-AC bằng phƣơng phỏp điều khiển dự bỏo, cú cải thiện hơn so với phƣơng phỏp trƣớc là khụng thử từng vector chuẩn để tỡm xem vector nào làm cho giỏ trị hàm mục tiờu nhỏ nhất mà là tỡm giỏ trị nhỏ nhất của hàm mục tiờu rồi sử dụng phƣơng phỏp điều chế vector khụng gian để điều chế vector đú. Phƣơng phỏp này cú ƣu điểm là cú thể tối ƣu húa tớn hiệu điều khiển khi dự bỏo nhiều bƣớc (so với phƣơng phỏp cũ chỉ là một bƣớc) giỳp tăng chất lƣợng điều khiển.
- Kết quả mụ phỏng đó phần nào chứng minh sự phự hợp của phƣơng phỏp điều khiển này trong việc điều khiển sự trao đổi năng lƣợng của lƣới với bộ SCESS thụng qua bộ biến đổi DC-AC.
Hƣớng phỏt triển của đề tài:
- Mở rộng phƣơng phỏp điều khiển dự bỏo này cho cả bộ DC-DC, qua đú tạo đƣợc thuật toỏn điều khiển thống nhất cho cả bộ DC-AC và DC-DC.
- Mở rộng chức năng lọc tớch cực cho thiết bị kho điện; Nghiờn cứu về phƣơng ỏn bự tập trung sử dụng thiết bị kho điện…
Hy vọng trong tƣơng lai, phƣơng phỏp này sẽ đƣợc ứng dụng trong thực tế để cải thiện hơn nữa của ngƣời dõn và chiến sĩ ngoài hải đảo.
88
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tham khảo tiếng Việt
[1]. Đỗ Tỳ Anh, Nguyễn Doón Phƣớc (2013) Giới thiệu về điều khiển dự bỏo. Hội nghị Khoa học Khoa Điện tử, Đại học kỹ thuật cụng nghiệp Thỏi Nguyờn 11/5/2013
[2]. Nguyễn Doón Phƣớc (2015) Tối ưu húa trong điều khiển và Điều khiển tối ưu; NXB Bỏch Khoa.
[3]. Nguyễn Phựng Quang (2005) MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động; NXB Khoa học & Kỹ thuật.
[4]. Nguyễn Phựng Quang; Andreas Dittrich (2006) Truyền động điện thụng minh; NXB Khoa học & Kỹ thuật.
[5]. Nguyễn Phựng Quang; Lờ Anh Tuấn (2005) PLECS - Cụng cụ mụ phỏng chuyờn nghiệp cho thiết kế điều khiển; Tự động húa ngày nay, số 2005/7, trang 27-29.
[6]. Nguyễn Phựng Quang (2012) Hệ thống năng lượng sức giú lai dành cho hải đải đảo, trong Giải phỏp đấu nối và hoạt động hỗn hợp giú - Diesel vào lưới điện Quốc gia và lưới điện độc lập trờn đảo. Thành phố Hồ Chớ Minh [7]. Phạm Tuấn Anh, Nguyễn Phựng Quang (2012) Energy storage systems for stand-alone wind power generation: System topology, principles and technical conception necessities. Hội nghị toàn quốc lần thứ 6 về Cơ Điện tử - VCM- 2012
[8]. Trần Quang Tuấn (2012) Về một phương phỏp điều khiển dự bỏo thớch nghi cho đối tượng phi tuyến bất định; Luận ỏn Tiến sĩ, Đại học Bỏch khoa Hà Nội.
89
[9]. Phạm Tuấn Anh (2015) Cỏc phương phỏp điều khiển thiết bị kho điện sử dụng trong hệ thống phỏt điện sức giú hoạt động ở chế độ ốc đảo; Luận ỏn Tiến sĩ, Đại học Bỏch Khoa Hà Nội.
Tài liệu tham khảo tiếng Anh
[1]. Camacho, E. F. ; Bordons, C. (1999) Model Predictive Control; Springer- Verlag.
[2]. Nikolaou, M. (2001) Model Predictive Controllers: A Critical Synthesis of Theory and Industrial Needs; Advances in Chemical Engineering, Academic Press, Vol. 26, pp. 131-204.
[3]. Qin, J. ; Badgwell, T. (1997) An overview of industrial model predictive control technology; Fifth International Conference on Chemical Process Control, AIChE Symposium Series, Vol.93, pp. 232-256 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[4]. Qin, J. ; Badgwell, T. (2002) Industrial model predictive control - an updated overview; Process Control Consortium, University of California.
[5]. Qin, J. ; Badgwell, T. (2003) A survey of industrial model predictive control technology; Control Engineering Practice, Vol. 11, pp. 733-764.
[6]. Qin, J. ; Badgwell, T. (2000) An overview of nonlinear model predictive control applications; Progressin Systems and Control Theory, Vol. 26, pp. 369-392.
[7]. Grỹne, L. ; Pannek, J. (2011) Nonlinear Model Predictive Control: Theory and Algorithms; Springer-Verlag London.
[8]. Mayne, D. (2000) Nonlinear Model Predictive Control: Challenges and Opportunities; Progress in Systems and Control Theory, Volume 26, pp. 23- 44.
90
[9]. Findeisen, R. (2006) Model predictive control for fast nonlinear systems: Existing approaches, challenges, and applications; Workshop 45th IEEE Conf. Decis. Control, San Diego, CA, Dec. 12, 2006.
[10]. Bemporad, A. ; Morari, M. ; Dua, V. ; Pistikopoulos, E. N. (2000) The explicit solution of modelpredictive control via multiparametric quadratic programming; Proceedings of the American Control Conference, Chicago, Illinois, pp. 872-876.
[11]. Adetola, V. ; Guay, M. (2008) Adaptive Model Predictive Control for Constrained Nonlinear Systems; Proceedings of the 17th World Congress, IFAC, pp. 1946-1951.
[12]. Grieder, P. ; Luthi, L. ; Parrilo, P.A. ; Morari, M. (2003) Stability and feasibility of constrained receding horizon control, European control conference ECC'03.
[13]. Kothare, M. V. ; Balakrishnan, V. ; Morari, M. (1996) Robust Constrained Model Predictive Control using Linear Matrix Inequalities; Automatica, Vol. 32(10), pp. 1361-1379.
[14]. Rawlings, J. B. ; Muske, K. R. (1993) The stability of constrained receding horizon control; IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 38(10), pp. 1512-1516.
[15]. Primbs, J.A. ; Nevistic, V. (2000) Feasibility and stability of constrained finite receding horizon control; Automatica, Vol. 36(7), pp. 965-971.
[16]. Alejandro Montenegro Leún (2005) Advanced power electronic for wind power generation buffering. Doctor Thesis, University of Florida.
[17]. Geogre Alin Raducu (2008) Control of grid side Inverter in a B2B Configuration for WT-Applications. Master Thesis, Aalborg University
91
[18]. Hebertt Sira-Ramớrez, Ramún Silva-Ortigoza (2006) Control design technique in power electronics devices. Springer-Verlag London
[19]. Jose Rodriguez, Patricio Cortes (2012) Predictive control of power converters and electrical drives. Wiley & Sons, Ltd., IEEE Publication
[20]. Liuping Wang (2009) Model predictive control system design and implementation using MATLAB. Springer-Verlag London
[21]. Muhammad H. Rashid (2001) Power electronics handbook. Academic Press [22]. Nguyen Phung Quang, Jửrg-Andreas Dittrich (2008) Vector Control of
Three Phase AC Machines – System Development in the Practice. Springer Berlin – Heidelberg
[23]. Patrycjusz Antoniewicz (2009) Predictive Control of Three Phase AC/DC Converters. PhD Thesis, Warsaw University of Technology
[24]. Remus Teodorescu, Marco Liserve, Pedro Rodriguez (2011), Grid converters for photovoltaic and wind power system. John Wiley & Sons, Ltd
[25]. Sylvain LECHAT SANJUAN (2010) Voltage Oriented Control of Three‐
Phase Boost PWM Converters. Master Thesis, Chalmers University of technology, Gửteborg, Sweden
[26]. Tony Burton, Nick Jenkins, David Sharpe, Ervin Bossanyi (2011) Wind Energy Handbook 2nd Edition. John Wiley & Sons, Ltd
[27]. Wei Li (2010) An Embedded Energy Storage System for Attenuation of Wind Power Fluctuations. Doctor thesis, McGill University Montreal, Canada
[28]. Xiao Li, Changsheng Hu, Changjin Liu, Dehong Xu (2008) Modeling and Control of Aggregated Super-capacitor Energy Storage System for Wind Power Generation. Industrial Electronics, IECON 2008, 34th Annual Conference of IEEE, pp. 3370-3375
92
[29]. B´eguin, F. o. and ackowiak, E. z. F., "Supercapacitors: Materials, Systems, and Applications", Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany, 2013. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[30]. Liu, H., Mao, C., Lu, J., and Wang, D., "Electronic power transformer with supercapacitors storage energy system", Electric Power Systems Research 79 (2009) 1200–1208, 2009.
[31]. Zhang, J., "Bidirectional DC-DC Power Converter Design Optimization, Modeling and Control", Dissertation submitted to the faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy In Electrical Engineering, 2008.
[32]. Zhang Xuhui, X. W., Zhao Feng, and Guo Xinhua, "A New Control Strategy for Bi-Directional DC-DC Converter in Electric Vehicle", Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2011.
93
PHỤ LỤC
Cấu tạo bộ điều chế vector khụng gian
Code bộ điều khiển dự bỏo:
function [Vd,Vq,env,delta_u] = control(I_meas,I_ref) Ts=1e-6; R = 0.5; L = 1e-3; omega=2*pi*50; Nu=1; Ny=5; lamda=0.001;
persistent deltaUd_old deltaUq_old
persistent Id_old Iq_old
persistent Ud_old Uq_old
persistent Ed_old Eq_old
if isempty(deltaUd_old), deltaUd_old = 0; end
if isempty(deltaUq_old), deltaUq_old = 0; end
94
if isempty(Iq_old), Iq_old = 0; end
if isempty(Ud_old), Ud_old = 200; end
if isempty(Uq_old), Uq_old = 0; end
if isempty(Ed_old), Ed_old = 0; end
if isempty(Eq_old), Eq_old = 0; end
z=[I_meas(1); I_meas(2); Ud_old; Uq_old]; A=[(1-R*Ts/L) -omega*Ts; omega*Ts (1-R*Ts/L)]; B=[Ts/L 0;0 Ts/L]; C=[1 0;0 1]; [r,s]=size(B); Az=eye(r+s); Az(1:r,1:r)=A; Az(1:r,r+1:r+s)=B; Bz=[B;eye(s)]; Cz=[1 0 0 0;0 1 0 0]; [Pz,Hz]=mpcgain(Az,Bz,Cz,Nu,Ny); V=Hz'*Hz; [m,m]=size(V); lamda_I=lamda*eye(m); T=inv(V+lamda_I)*Hz'; Pr=T(1:2,:); Kz=Pr*Pz; Id=I_ref(1); Iq=I_ref(2); Id_r=zeros(2*Ny,1); for i=1:Ny Id_r(i*2-1)=Id; Id_r(i*2)=Iq; end delta_u=Pr*Id_r-Kz*z; ed=Ud_old-L/Ts*I_meas(1)-(R-L/Ts)*Id_old-omega*L*Iq_old; eq=Uq_old-L/Ts*I_meas(2)-(R-L/Ts)*Iq_old+omega*L*Id_old; env=[ed;eq]; Vd=Ud_old+(ed-Ed_old)+delta_u(1); Vq=Uq_old+(eq-Eq_old)+delta_u(2); deltaUd_old=delta_u(1); deltaUq_old=delta_u(2); Id_old=I_meas(1); Iq_old=I_meas(2); Ud_old=Vd; Uq_old=Vq; Ed_old=ed; Eq_old=eq;