4.3.1 B ộ biến đổi DC-AC với đỏp ứng bước nh y và cụng suả ất biến đ ngộ
M c này s trỡnh bày cỏc k t qu mụ ph ng ki m ch ng hoụ ẽ ế ả ỏ ể ứ ạt động c a b biủ ộ ến
đổi DC-AC trờn Matlab/Simulink/SimPower. Kết quả ớ v i đỏp ứng bƣớc nhảy
- M ch l c mụ ph ng b biạ ự ỏ ộ ến đổi DC-AC trờn cụng c mụ phụ ỏng Matlab/Simulink/Simpower (Hỡnh 4.6) dựa theo sơ đồ ạch điệ m n trong Hỡnh 3.2. Ngoài b chuyộ ển đổi ngu n ỏp 2-level v i 6 xung di u khi n cỏc van, bờn phớa ồ ớ ề ể
Hỡnh 4. 6 -AC - B ộ điều khiển controller theo phƣơng phỏp điều khi n d ể ự bỏo đƣợc th hi n ể ệ
trong Hỡnh 4.7. Trong đú khối “Predictive Controller “ là khối th c hiự ện điều khi n d ể ự bỏo vũng dũng đƣợ ập trỡnh theo lƣu đồc l thuật toỏn Hỡnh 3.7. Đầu ra c a b ủ ộ điều khi n là hai giỏ tr ể ị Vd và Vq để đƣa vào khối điều ch vector khụng ế
gian. Hai kh i tớnh toỏn giỏ tr t Iố ị đặ d* và Iq* t cụng suừ ất đặt, Ed đƣợc tớnh toỏn theo cụng thức (4.3)
Giỏ trị cụng suất trị cụng suất đặt sử dụng đỏp ứng bƣớc nhảy, cụng suất thực bộ biến đổi DC C và sai số -A
Hỡnh 4. 8 Nhận xột:
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.
- Dũng điện Iabc
Hỡnh 4. 10 DC-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 ứng tốt với giỏ trị đặt.
Đỏp ứng bộ biến đổi DC C với đƣờng cụng suất đặt mụ phỏng đƣờng đặt sau -A
bộ lọc cụng suất giú biến động.
- Với đƣờng tốc độ giú biến thiờn và cụng suất tạo ra bởi turbine giú :
- Đƣờng cụng suất mong muốn sau khi qua bộ lọc và giỏ trị đặt cho SCESS.
Hỡnh 4. 12
- Đƣờng cụng suất thực tạo ra bởi bộ biến đổi DC C và sai số.-A
Nhận xột :
Bộ biến đổi DC C đó đỏp ứng tốt với giỏ trị đặt biến thiờn.-A
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.
- Giỏ trị điện ỏp VDC-link.
Hỡnh 4. 14 DC-link Nhận xột:
4.3.2 B ộ biến đổi DC-AC ứng dụng trong thiết bị kho điện
Phần này s trỡnh bày k t qu mụ ph ng hoẽ ế ả ỏ ạt động c a b biủ ộ ến đổi DC-AC ứng d ng trong thi t b ụ ế ị kho điện s d ng siờu t trờn Matlab/Simulink và ph n m m mụ ử ụ ụ ầ ề
ph ng Plecs. C u trỳc mỏ ấ ạch điện gồm lƣới điện, b biộ ến đổi DC-AC, b biộ ến đổi DC- DC và mụ hỡnh siờu t ụthể ện nhƣ hỡnh dƣớ hi i.
Hỡnh 4. 15
- Đƣờng cụng suất mỏy phỏt sức giú, cụng suất mong muốn sau khi qua bộ lọc và cụng suất đặt cho SCESS
Hỡnh 4. 16
- Cụng suất thực tạo ra bởi kho điện và sai số
Hỡnh 4. 17 Nhận xột:
Giỏ trị cụng suất đó bỏm giỏ trị đặt với sai số tƣơng đối nhỏ ( 0, 4 2% 20
kW
- Hệ số cụng suất và cụng suất phản khỏng
Hỡnh 4. 18 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.
- Điện ỏp và dũng điện phớa xoay chi u ề
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
- Dũng điện và điện ỏp phớa siờu tụ
Hỡnh 4. 21 Nhận xột :
Bộ biến đổi DC C đó đỏp ứng tốt với giỏ trị đặt khi hoạt động trong thiết bị -A
kho điện.
Thỏa món cỏc điều kiện về hệ số cụng suất cũng nhƣ dạng điện ỏp, dũng điện để cú thể hũa vào lƣới điện.
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 C bằng phƣơng phỏp điều khiển -A
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 đổiDC C.-A
Hƣớng phỏt tri n cể ủa đềtài:
- 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 d ng trong thụ ực tế để ả c i thiện hơn nữa của ngƣời dõn và chiến sĩ ngoài hả ải đ o.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tham khảo tiếng Việt
[1]. Đỗ Tỳ Anh, Nguyễn Doón Phƣớc (2013) Gi i thi u v u khi n d bỏo. Hội ngh Khoa hị ọc Khoa Điện tử, Đại h c kọ ỹ thu t cụng nghi p Thỏi Nguyờn ậ ệ
11/5/2013
[2]. Nguyễn Doón Phƣớc (2015) T u khi
NXB Bỏch Khoa.
[3]. Nguyễn Phựng Quang (2005) MATLAB & Simulink dành cho k u khi n t ng; NXB Khoa học & Kỹthuật.
[4]. Nguyễn Phựng Quang; Andreas Dittrich (2006) Truy n thụng minh; NXB Khoa h c & K thu ọ ỹ ật.
[5]. Nguyễn Phựng Quang; Lờ Anh Tu n (2005) ấ PLECS - Cụng c mụ ph ng chuyờn nghi p cho thi t k u khi n; T ng húa ngày nay, s 2005/7, trang ự độ ố
27-29.
[6]. Nguyễn Phựng Quang (2012) H th ng s c giú lai dành c
h o, trong Gi u n i và ho ng h n h
i n Qu c l
[7]. Phạm Tu n Anh, Nguy n Phựng Quang (2012) ấ ễ Energy storage systems for stand-alone wind power generation: System topology, principles and technical conception necessities. H i ngh toàn qu c l n th 6 v ộ ị ố ầ ứ ề Cơ Điệ ửn t - VCM- 2012
[8]. Trần Quang Tu n (2012) ấ V m u khi n d bỏo thớc
[9]. Phạm Tu n Anh (2015) ấ u khi n thi t b
trong h th n s c giú ho ng ch o; Luậ Đạ ọi h c Bỏch Khoa Hà N i. ộ
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
[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.
[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
[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
[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.
[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.
PHỤ LỤC
C u t o b u ch vector khụng gian ấ ạ ộ điề ế
Code b u khi n d bỏo: ộ điề ể ự
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
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=[( R*Ts/L) omega*Ts;1- - 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;