4.1. Khối năng lượng mặt trời (PV Array):
Hình. 19 Mô hình khối nguồn năng lượng mặt trời
Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này. Ta sử dụng một bộ nguồn DC
điều khiển được để tượng trưng cho bộ pin năng lượng mặt trời sau khi đã xử lý MPPT và qua quá trình tăng áp để đưa điện áp lên 480V như giả thiết.
4.2. Khối công suất (Inverter):
Hình. 21 Sơđồ kết nối giữa các bộ nghịch lưu bên trong khối công suất. Khối công suất bao gồm hai bộ nghịch lưu mắc song song với nhau như mô tả
trong Hình. 21
Các bộ nghịch lưu liên kết với lưới điện phân phối thông qua cuộn dây L. Như
trong Hình. 21, hai bộ nghịch lưu đấu song song với nhau. Tại đây ta gắn hai contactor độc lập với nhau để kết nối từng bộ nghịch lưu với lưới điện phân phối. Các contactor này nhận tín hiệu điều khiển từ bộđiều khiển và có nhiệm vụ cách ly giữa lưới điện và bộ nghịch lưu khi mới kết nối bộ nghịch lưu vào lưới điện phân phối. Trong mô hình này, ta chỉ đóng điện sau khi bộ vi điều khiển đã có đủ các thông số điều khiển và điều khiển được bộ nghịch lưu bơm dòng điện lên lưới ( trong nghiên cứu này, thời gian đó được ước lượng là 0.06s).
Các liên kết bên trong bộ nghịch lưu được mô tả như trong Hình. 22 bên dưới. Mỗi bộ nghịch lưu được kết nối với nguồn điện một chiều VDC bên ngoài đại diện cho nguồn điện năng lượng mặt trời. Một mạch nghịch lưu một pha cầu H gồm 4 linh kiện chuyển mạch công suất IGBT có các tín hiệu đóng ngắt độc lập với nhau.
Nhiệm vụ chống hiện tượng trùng dẫn sẽ do vi điều khiển xử lí. 4 IGBT này cũng sẽ đóng vai trò một bộ khóa mềm cho bộ nghịch lưu để không bơm dòng điện vào lưới
điện phân phối khi cả 4 IGBT đều bị ngắt.
Hình. 22 Sơđồ kết nối bên trong bộ nghịch lưu.
4.3. Khối nguồn lưới (Grid):
Nguồn điện lưới phân phối trong mạch này được xem như là một nguồn điện xoay chiều hình sin. Để thuận tiện trong mô phỏng ta dùng một nguồn áp xoay chiều một pha có điều khiển thay vì dùng một nguồn xoay chiều một pha cố định như thông thường.
Hình. 23 Khối nguồn lưới
Hình. 24 Sơđồ khối của bộđiều khiển
Bộ điều khiển nhận các tín hiệu phản hồi từ lưới điện (điện áp, tần số), từ
nguồn pin năng lượng mặt trời (giá trịđiện áp nguồn pin mặt trời), giá trị cuộn cảm L, tần số sóng mang fw và giá trị công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q mong muốn bơm vào lưới điện phân phối. Từ các giá trị ngõ vào này, bộđiều khiển sẽ thực hiện các phép tính để cho ra thời gian trễ cần thiết và tín hiệu điều khiển các khóa chuyển mạch công suất IGBT.
Hình. 25 Lưu đồ giải thuật cơ bản của bộđiều khiển
4.5. Khối tạo điều kiện làm việc:
Để thuận tiện cho việc mô phỏng các điều kiện thay đổi bên ngoài nhưđiện áp DC của bộ pin mặt trời, điện áp và tần số lưới. Ta tạo ra một bộ xử lý để tạo ra các
Hình. 26 Sơđồ khối của khối tạo điều kiện làm việc
Trong đề tài này ta sẽ chọn một điều kiện ban đầu là với các giá trị Vdc1, f1, vac=m1*sin(2*pi*f1*t) làm điều kiện làm việc ban đầu cho lưới điện.
Sau thời gian 0.5s thì sẽ có sự thay đổi điều kiện làm việc ứng với giá trị
“cond” được tạo ra như sau:
- Với cond=0: Các điều kiện làm việc không thay đổi.
- Với cond=1: Biên độ điện áp lưới điện thay đổi từ m1 sang giá trị m2.
- Với cond=2: Giá trị điện áp nguồn năng lượng mặt trời thay đổi từ Vdc1 sang Vdc2.
- Với cond=3: Tần số lưới điện bị thay đổi từ f1 sang f2.
- Với cond=4: Giá trị điện áp nguồn năng lượng mặt trời và điện áp lưới điện phân phối cùng thay đổi.
Hình. 27 Lưu đồ chương trình của khối tạo điều kiện làm việc
Theo lưu đồ thuật toán trong bộ tạo môi trường làm việc, ta có thể điều chỉnh
điều kiện làm việc thông qua biến cond . Với việc thay đổi giá trị cond khi thời gian mô phỏng trên 0.5s thì các điều chỉnh vềđiện áp nguồn pin mặt trời, điện áp và tần số lưới điện sẽ thay đổi theo tương ứng.
4.6. Khối đo lường (Meter):
Đây là khối thu nhận các tín hiệu điện từ các khối khác để tính toán và hiển thị
Hình. 28 Sơđồ khối đo lường
Hình. 29 Sơđồ kết nối bên trong của bộđo lường.
Như trên Hình. 29 mô tả chung về khối đo lường, các giá trị được ghi nhận và hiển thị là:
- Các thông sốđầu vào: Điện áp nguồn năng lượng mặt trời Vdc, biên độ điện áp lưới u, điện áp tức thời Vac và tần số f lưới, giá trị điện áp điều khiển Vdk, thời gian trễ Td, tgδ , δ .
- Các giá trị tính toán và điều khiển: Thời gian trễ Td, góc lệch pha δ giữa U và E và giá trị tang của góc đó.
- Các thông số đo được tại đầu ra của bộ nghịch lưu: bao gồm dòng điện bơm vào lưới của từng bộ nghịch lưu và dòng điện mà cả hai bộ nghịch lưu bơm vào lưới, công suất tác dụng và công suất phản kháng của từng bộ nghịch lưu và tổng công suất mà cả hai bộ bơm vào lưới điện, điện áp lưới.
Qua các thông sốđược hiển thị trên bộđo lường, ta có thểđưa ra các kết luận,
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT
Như ta đã biết, trong kỹ thuật SPWM sóng mang có tần số càng cao thì tổng
độ méo dạng sóng hài sẽ càng giảm. Tuy nhiên, khi đó tổn thất công suất đóng cắt các chuyển mạch công suất sẽ tỉ lệ thuận với việc tăng tần số sóng mang tam giác. Do vậy trong luận văn này sẽ dùng sóng mang tam giác có tần số 1KHz để giảm tổn thất công suất đóng ngắt IGBT và việc giảm tổn hao do méo dạng sóng hài sẽđược thực hiện thông qua giải thuật giảm nhiễu hài đã nêu ở Chương 3.
1. TRƯỜNG HỢP CÁC ĐIỀU KIỆN BÊN NGOÀI KHÔNG ĐỔI
Giả thiết các điều kiện U=220V, f=50 Hz và Vdc=480 V không thay đổi.
1.1. Trường hợp bơm cốđịnh P và Q vào lưới
Ta khảo sát quá trình bơm công suất P = 4000W và Q = 500Var vào lưới điện trong trường hợp sử dụng một bộ nghịch lưu và trường hợp sử dụng hai bộ nghịch lưu mắc song song.
1.1.1. Khi dùng một bộ nghịch lưu
Hình. 30 Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản bơm vào lưới điện phân phối khi sử dụng một bộ nghịch lưu
Hình. 31 Đồ thị dòng điện bơm vào lưới khi sử dụng một bộ nghịch lưu
Hình. 32 Đồ thị dòng điện bơm vào lưới trong một chu kỳ khi dùng một bộ nghịch lưu
Hình. 33 Đồ thị phân tích FFT cho dòng điện bơm vào lưới điện khi dùng một bộ
nghịch lưu
1.1.2. Khi dùng hai bộ nghịch lưu
Hình. 34 Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng tổng bơm vào lưới điện phân phối khi dùng hai bộ nghịch lưu
Hình. 35 Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ
nhất bơm vào lưới điện phân phối khi dùng hai bộ nghịch lưu
Hình. 36 Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ
Hình. 37 Đồ thị dòng điện từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng
Hình. 39 Đồ thị phân tích FFT cho dòng điện của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện
Hình. 40 Đồ thị phân tích FFT cho dòng điện của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện
Hình. 41 Đồ thị phân tích FFT cho dòng điện tổng bơm vào lưới điện
1.1.3. Nhận xét:
Qua các thí nghiệm mô phỏng với các điều kiện nguồn Vdc, điện áp lưới U và tần số lưới không đổi. Khi so sánh giữa việc dùng một bộ nghịch lưu với hai bộ
nghịch lưu nối song song nhau để bơm cùng một lượng công suất (P = 4000 W, Q = 500 Var) vào lưới điện phân phối ta có các nhận xét như sau:
Khi xét về mặt công suất:
- Công suất tác dụng và phản kháng bơm vào lưới điện rất ổn định. Sai số so với công suất yêu cầu khoảng 10%.
Xét về dòng điện:
- Khi phân tích FFT của dòng điện trong hai phương pháp trên thì ta thấy rằng THD trong trường hợp sử dụng hai bộ nghịch lưu mắc song song (THD=2.63%) đã giảm đi gần 2 lần so với khi chỉ dùng một bộ nghịch lưu (THD=4.61%).
- Khi xét đến tổn thất công suất đóng ngắt các linh kiện chuyển mạch công suất. Do tổn thất công suất đóng ngắt các chuyển mạch công suất tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện chạy qua linh kiện chuyển mạch. Do đó trong trường hợp dùng hai bộ nghịch lưu thì chia đôi dòng điện bơm vào lưới điện. Do đó tổn thất công suất khi dùng hai bộ nghịch lưu sẽ là (1/2)2x2=1/2. Như vậy tổn thất
công suất khi dùng 2 bộ nghịch lưu sẽ giảm đi một nữa so với chỉ dùng một bộ
nghịch lưu.
- Mỗi bộ nghịch lưu đều có khả năng cung cấp một dãy dòng điện bơm vào lưới điện là như nhau. Do đó, khi ta nối song song hai bộ nghịch lưu lại với nhau thì công suất của khối nghịch lưu tăng lên gấp đôi.
Như vậy qua các kết luận trên đây ta thấy rằng hiệu suất của bộ nghịch lưu hòa lưới đã đạt hiệu quả rất cao khi sử dụng giải thuật nối song song hai bộ nghịch lưu với nhau.
1.2. Khi thay đổi lượng công suất P và Q bơm vào lưới theo yêu
Công suất tác dụng P (W) thay đổi [4000 4000 2000 2000] và Q (var) thay đổi [500 500 1000 1000] trong khoảng thời gian [0 1.5 1.5 3]
Hình. 42 Đồ thị công suất tác dụng bơm vào lưới khi công suất tác dụng yêu cầu thay đổi theo thời gian
Hình. 43 Đồ thị phản kháng bơm vào lưới khi công suất phản kháng yêu cầu thay
Hình. 44 Đồ thị dòng điện tổng và dòng điện thành phần bơm vào lưới điện khi P, Q yêu cầu thay đổi theo thời gian
Hình. 45 Đồ thị dòng điện tổng và dòng điện thành phần bơm vào lưới điện trong một chu kỳ khi P, Q yêu cầu thay đổi theo thời gian
Bảng. 2 Chỉ số THD của dòng điện tổng trong các giai đoạn. Số TT Khoảng thời gian (s) THD (%) 1 0 - 1.5 2.64 2 1.5 - 3 4.31 3 3 - 4 2.63 • Nhận xét:
- Mô hình đã đáp ứng được yêu cầu về thay đổi lượng công suất tác dụng và phản kháng bơm vào lưới trong các khoảng thời gian khác nhau với sai số khoảng 10%.
- Tổng méo dạng sóng hài của dòng điện tổng bơm vào lưới nhỏ hơn 5%.