1. 5 Giới thiệu yêu cầu bài toán
3.2.2. Xác định từng chu kỳ chuyển mạch
Tuy nhiên, do tần số chuyển mạch của IGBT có giới hạn cực đại nên Ts cũng có giới hạn cực tiểu. Ts sẽ không xác định tại wt=0, nên ta cần thêm trọng số w1 để khống chế tần số chuyển mạch cực tiểu như sau:
(3.3)
3.2.2 Xác định từng chu kỳ chuyển mạch
Cả sóng hài dòng điện và tổn hao chuyển mạch của nghịch lưu đều phụ thuộc vào tần số chuyển mạch. Trong kỹ thuật SPWM thông thường với tần số chuyển mạch cố định bằng hằng số, khi tần số chuyển mạch càng cao thì tổn hao chuyển mạch càng nhiều và sóng hài dòng điện càng thấp, và ngược
lại. Do đó, việc lựa chọn tần số chuyển mạch tối ưu để phối hợp hài hòa giữa tổn hao chuyển mạch và sóng hài dòng điện là một vấn đề thật sự khó khăn và có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực chất lượng điện năng. Tần số chuyển mạch cần được chọn sao cho giảm sóng hài để thỏa mãn các tiêu chuẩn nối lưới, mà không làm tăng tổn hao chuyển mạch là một bài toán thực sự cần thiết hiện nay.
Hình 3. 1. Dòng điện ngõ ra và dòng điện cơ bản
Giả sử tổn hao chuyển mạch tỉ lệ tuyến tính với tần số chuyển mạch và dòng điện tức thời được chuyển mạch. Trong trường hợp tần số chuyển mạch cố định bằng hằng số thì tổn hao chuyển mạch được tính như sau:
∆PSW = C1.│i(wt)│
Với C1 là hằng số phụ thuộc vào điện áp Vdc, i(Wt) là giá trị dòng điện tức thời chảy qua các linh kiện công suất, và Ts là chu kỳ chuyển mạch. Tổn hao chuyển mạch trung bình trong mỗi NCKCB được xác định như sau:
∆PSW = d(wt)
Việc dùng GA cho phép can thiệp sâu vào từng chu kỳ chuyển mạch trong NCKCB, làm cho giải thuật đề nghị có thể thực hiện khử hài lựa chọn SHE (Selective Harmonic Elimination) một cách hiệu quả bằng cách đưa vào hàm ràng buộc hay hàm mục tiêu trong GA. Các tổ hợp cá thể nào làm cho hài riêng lẻ vượt quá ngưỡng qui định thì sẽ bị buộc loại khỏi GA bằng các hệ số phạt. Đối với tần số chuyển mạch cố định 5 kHz chỉ có 50 xung tam giác trong mỗi NCKCB với độ rộng bằng nhau và bằng 200 µs. Trong khi trong phương pháp đề nghị, mỗi chu kỳ của xung tam giác sẽ có độ rộng khác nhau. Số xung tam giác Np được mã hóa như hình 3.1 . Các sóng mang được mã hóa bằng Np biến với độ rộng x(n) và n=1 đến Np. Số Np có thể khác 50 nhưng ràng buộc tổn hao chuyển mạch trung bình phải nhỏ hơn hoặc bằng với tổn hao chuyển mạch của phương pháp tần số chuyển mạch cố định.
Tổng x(n) phải bằng với độ rộng của NCKCB (0,01s) như sau:
(3.4)
(3.5) Trong đó: fmax là tần số chuyển mạch cực đại cho phép của IGBT và xmin là độ rộng cực tiểu của x(n). Để đảm bảo sự hội tụ cho GA và giảm số lần lặp, điều quan trọng là phải tạo ra môi trường sống cho các cá thể sống sót qua các thế hệ lai ghép và đột biến. Do đó, việc tạo ra các cá thể ban đầu và các biên giới hạn của x(n) sẽ mang tính quyết định để đảm bảo sự hội tụ đến lời giải tốt nhất và có được những cá thể tốt nhất.
Để đảm bảo THD (%) là hằng số tại mỗi thời điểm của I1, thì độ nhấp nhô dòng điện phải bằng hằng số tương đối với dòng điện cơ bản tức thời như sau:
(3.6)
(3.7)
( 3.8)
Hình 3. 2. Tần số và chu kỳ chuyển mạch đã chuẩn hóa (m=0,97; θ= 0)
(a)Tần số; (b) Chu kỳ
(3.9)
Với C2 là hằng số phụ thuộc vào m, Vdc, Lf và I1; fsw là tần số chuyển mạch và fmin là tần số chuyển mạch cực tiểu. Tần số chuyển mạch phải thay đổi theo qui luật của (3.9) nhưng cũng phải thỏa mãn ràng buộc trong (3.4) và (3.5). Giả sử rằng tần số chuyển mạch được chọn tại lân cận zero của dòng điện là 5,5 kHz để đảm bảo độ nhấp nhô dòng điện thấp. Khi đó, chu kỳ
chuyển mạch ban đầu được xác định với chu kỳ chuyển mạch đầu tiên 181µs Cũng giả sử chọn hằng số C2= 15x103; fmax-initial =8,5 kHz; fmin=2 kHz, θ=0 và m=0,97. Kết quả thu được là Np=60 và chu kỳ chuyển mạch ban đầu là những điểm “o” . Tại các điểm ban đầu này, ta sẽ thu được biên trên với các điểm “+” bằng cách tăng 1 kHz. Một cách tương tự ta cũng thu được biên dưới bằng các điểm “x”. Các giả sử trên thực chất là dùng để xây dựng điều kiện biên của bài toán.
Hình 3. 3. Chu kỳ ban đầu và các biên trong GA.
Không giống như các phương pháp thông thường dựa vào hệ số Eon, Eoff được tra từ bảng dữ liệu của linh kiện để tính tổn hao chuyển mạch, hệ số C1 trong luận văn này được xác định chỉ 1 lần bằng thực nghiệm dựa trên nguyên lý nội suy tuyến tính không cần tra bảng dữ liệu linh kiện, loại bỏ ảnh hưởng sai số của cảm biến nên đáng tin cậy. Việc áp dụng hệ số C1 để tính tổn hao chuyển mạch cho phương pháp tần số chuyển mạch cố định và tần số chuyển mạch thay đổi sẽ loại bỏ ảnh hưởng sai số của C1.
Trong ứng dụng thực tế, với mỗi nhóm thiết bị có thông số động lực (điện cảm bộ lọc Lf, tụ lọc Cf) khác nhau sẽ có các hệ số C1 và C2 khác nhau, các hệ số này được điều chỉnh trong bước cân chỉnh của qui trình tính toán và chế tạo thiết bị.
Hình 3. 5. Kết quả Ts-var sau khi thực hiện GA.
Sự phân bố lại chu kỳ chuyển mạch là không đối xứng. Sự bất đối xứng này là do sự phi tuyến đáng kể của tín hiệu điều chế tại đỉnh hình sin trong khi tần số sóng mang thấp đáng kể