Pha, biờn độ ầ, t n s là cỏc thụng s quan tr ng cố ố ọ ủa điện ỏp cho hoạt động c a cỏc ủ
b biộ ến đổi cụng su t nấ ối lƣới. Nhƣ trong bộ điều khi n m ch DC-Aể ạ C ở trờn, t t c mụ ấ ả
hỡnh, hàm mục tiờu, cỏc tớnh toỏn đều d a trờn h tự ệ ọa độ quay dqo; do đú cần thiết phải
xỏc định gúc pha ph c v ụ ụcho chuyển đổi Park. Trong cỏc ng dứ ụng nhƣ vậy, vi c phỏt ệ
hiện chớnh xỏc và nhanh chúng gúc pha, biờn độ và t n s cầ ố ủa điện ỏp là điều c n thiầ ết
để đả m b o bỏm sỏt tớn hiả ệu đặt và phự h p v i cỏc yờu c u cho b biợ ớ ầ ộ ến đổ ối lƣới n i. Việc điều khiển dũng năng lƣợng gi a m t b biữ ộ ộ ến đổi điệ ửn t cụng su t nấ ối lƣới và
lƣới điện xoay chi u ph i c n t i mề ả ầ ớ ột đại lƣợng đú là gúc pha điện ỏp (hoặc dũng điện ) hay cũn gọi là gúc đồng b ộ hoỏ. Đại lƣợng này c n phầ ải đƣợc đo đạc và giỏm sỏt liờn tục. Do đú, nú đũi hỏ ầi c n phải sử ụ d ng m t thuộ ật toỏn đồng b húa mà cú th ng b ộ ể đồ ộ húa dũng điện c a nghủ ịch lƣu với điện ỏp lƣới.
Cú hai phƣơng phỏp đồng b ộ húa cơ bản: - B l c phỏt hiộ ọ ện điểm “0” (ZCD)
- Vũng khúa pha (PLL)
Thuật toỏn PLL đƣợc ỏp d ng ph bi n nh t cho h th ng k t n i vụ ổ ế ấ ệ ố ế ố ới lƣới điện ba pha là m t thuộ ật toỏn đƣợc thực hiện trờn h tệ ọa độ đồ ng b ( ). C u trỳc c a thuộ dq ấ ủ ật toỏn PLL trờn hệ ọ t a độ dqđƣợc biểu diễn nhƣ trong Hỡnh 3.8.
Điện ỏp lƣới là tớn hiệu đầu vào c a thuủ ật toỏn và chỳng đƣợc chuy n sang h tể ệ ọa độ đồng b thụng qua modul chuyộ dq ển đổi abc dq . Cỏc khúa pha đƣợc th c hi n ự ệ
bằng cỏch điều khiển điện ỏp trờn trục dtiến đến khụng. B ộ điều khi n PI cú th ể ể đƣợc s dử ụng để điều khi n biể ến này và đầu ra c a b ủ ộ điều khi n này là t n s ể ầ ố lƣới. T n s ầ ố lƣới qua khõu tớch phõn s chuy n thành t n s gúc cẽ ể ầ ố ủa điện ỏp lƣới, đƣợc đƣa trở ạ l i modul chuyển đổi sang h tệ ọa đ đồộ ng b . ộdq
C u trỳc c a PLL bao gấ ủ ồm:
- Phase Detector : Khõu này làm nhi m v phỏt hi n sai l ch t n s , gúc pha ệ ụ ệ ệ ầ ố và đầu ra cho m t giỏ tr trung bỡnh c a cỏc tớn hiộ ị ủ ệu vào. Đầu ra ch b ng 0 ỉ ằ
khi sai l ch bệ ằng 0 nghĩa là tớn hiệu vào trựng pha, cựng t n s v i tớn hi u ầ ố ớ ệ
ra.
- Loop Filter : cấp tớn hiệu điện ỏp điều khiển đó đƣợc lọc tới VCO.
- Voltage Controlled Oscillator : Mạch dao động th ki m. Khõu này cú ế ể
nhi m v t o ra m t t n s ệ ụ ạ ộ ầ ố ˆ1 t t n s trung tõm mà trong cỏc ng d ng ừ ầ ố ứ ụ liờn quan đến lƣới điện thỡ chớnh là t n s ầ ố ớlƣ i 1n. T n s mà b VCO phỏt ầ ố ộ ra đƣợc tớnh theo cụng th c : ứ
1 1
ˆ n KVCO.vc
CHƢƠNG 4: Mễ PHỎNG KIỂM CHỨNG BẰNG MATLAB, SIMULINK, PLECS
Ởcỏcchƣơng trƣớc, m ch chuyạ ển đổi cụng su t DC-Aấ C đó đƣợc mụ hỡnh húa và thiết k ế điều khiển theo phƣơng phỏp điều khi n d ể ự bỏo. Trong đú, giỏ trị đầ u vào chớnh là cụng suất đặt mong muốn. Trong chƣơng này tụi sẽ đƣa ra cỏc giải phỏp tớnh toỏn giỏ tr cụng suị ất đặ ớt v i m c tiờu ụ ổn định điện ỏp cỏc lƣới điện siờu mềm ởchế độ
động.
Tiếp theo đú, tụi sẽ trỡnh bày cỏc k t qu mụ ph ng ki m ch ng hoế ả ỏ ể ứ ạt động c a b ủ ộ
biến đổi DC-AC trờn cơ sở cỏc thuật toỏn điều khiển đó thiết kế. 4.1 Xỏc định giỏ trị đặt cho SCESS sử dụng bộ lọc
S dử ụng Wind Turbine Blockset trong Simulink nhƣ ở tài li u [9], Hỡnh 4.1 mụ ệ
phỏng đƣờng cụng suất mỏy phỏt điện PMSG sức giú đƣa lờn lƣớ ới lƣợng giú đầi v u vào biến động m nh. Ta s s d ng c u trỳc b l c thụng thạ ẽ ử ụ ấ ộ ọ ấp để làm mƣợt cụng
đƣờng cụng suất đƣa lờn lƣớ ạo ra đƣời, t ng tớn hiệu đặt cụng su t mà thi t b ấ ế ị kho điện cần trao đổ ới v i lƣới.
Cụng thức tớnh toỏn giỏ tr t cho SCESS s là : ị đặ ẽ PSCESS Pfilterred Pwind
Với cỏc thụng số mụ phỏng đƣờng sức giú nhƣ sau :
Chiều dài cỏnh qu t rotor ạ
(Rotor diameter) 10 (m)
V n t c giú trung bỡnh ậ ố
(Average wind speed) 7 (m/sec)
(Length scale) 50 (m)
Độ dao động s c giú ứ
(Turbulence intensity) 16 (%)
- Biến động giú đầu vào :
Hỡnh 4. 1
- Cụng suất P mỏy phỏt điện sức giú đƣa lờn lƣ i đo đƣớ ợc là :
Hỡnh 4. 2
T n s c t c a b l c s n m trong d i (0,01Hz ~ 1Hz). Vi c ch n t n s c t b ng bao ầ ố ắ ủ ộ ọ ẽ ằ ả ệ ọ ầ ố ắ ằ
nhiờu s ph ẽ ụ thuộc ch y u vào kh ủ ế ả năng đầu tƣ dung lƣợng thi t b siờu t và kh ế ị ụ ả năng đỏp ứng c a b biủ ộ ến đổi cụng su t. T n s c t càng thấ ầ ố ắ ấp thỡ đƣờng cụng su t ấ
c n cung c p c a SCESS s lầ ấ ủ ẽ ớn và chi phớ đầu tƣ sẽ cao. Trong đồ ỏn này, tụi ch n mụ ọ
ph ng vỏ ới giỏ trị ầ t n s cố ắt của bộ ọ l c thụng th p là ấ fc 0,3
- Với tần s cố ắt của b lộ ọc thụng thấp fc 0,3 ta đƣợc :
Hỡnh 4. 3
- Giỏ trị cụng suấ ặt đ t cho SCESS s ẽlà :
Hỡnh 4. 4
T biừ ến động cụng suất giú đƣa lờn lƣới và đƣờng cụng su t san b ng mong mu n vấ ằ ố ới
0,3 c
4.2 Xỏc định thụng số
Xỏc định điện ỏp và dung lƣợng tụ CDC-link
Trong cỏc bộ chuyển đổi cụng suất nối lƣới, tụ CDC-link là cần thiết cho sự hoạt động của cỏc hệ thống thiếu cõn bằng và hấp thụ súng hài. Trong cỏc thiết bị tớch trữ năng lƣợng thỡ tụ CDC-link đúng vai trũ chớnh là giảm độ gợn dũng DC đi vào/ra SCESS.
Điện ỏp trờn CDC-link bị ràng buộc bởi điện ỏp ngƣợc lớn nhất qua van. Hơn thế nữa, điện ỏp CDC-linkquỏ cao sẽ gõy tổn hao đúng ngắt lớn. Mặt khỏc, điện ỏp tối thiểu phải đảm bảo tớnh điều khiển đƣợc của hệ thống và đƣợc tớnh toỏn theo cụng thức sau :
min max DC-link line-to-line V 1,1*V 1,1*220* 2 * 3 593(V) (4.5) Do đú VDC-link đƣợc chọn là 700 (V). H ng s ằ ốthời gian đƣợc tớnh b ng: ằ DC-link C inverter E =22(ms) P
Theo tớnh toỏn ở ục 4.1 thỡ ∆P = 20kW suy ra : m
DC-link
-3 C inverter
E =P *22*10 =440(J)
Mặt khỏc ECDC-link= C1 DC-link*VDC-link2 =>CDC-link 1,8(mF) 2
Tớnh toỏn dung lƣợng siờu t : ụ
Điện ỏp VSCmax c a siờu t ủ ụ thƣờng đƣợc giớ ại h n b ng 95%. Vằ DC-link.
Năng lƣợng c a siờu t ủ ụ đƣợc tớnh b ng : ằ
2 max storage SCmax
2 min storage SCmin
1 E = C V 2 1 E = C V 2 N u ch n ế ọ SCmin SCmax 1 V = V 2 thỡ min max 1 E = E 4
Hỡnh 4. 5 Ta cú :
2 2
charge storage max cen
2 2
discharge storage cen min
2 2
charge discharge cen max min 1 ΔP = C (V -V ) 2 1 ΔP = C (V -V ) 2 1 ΔP =ΔP ịV = (V +V ) 2 max DC-link min max V =0,95.V =0,95*700=665 (V) 1 1 V = V = 665=332,5 (V) 2 2 2 2 cen 1 V = (665 +332,5 ) 525 (V) 2 Năng lƣợng s d ng c a siờu t là : ử ụ ủ ụ 2 2 2 SC SCsd SC SCsd max min SCsd 2 2 1 1 E = C V = C (V -V )=ΔP. 2 2 2.ΔP. C = V -V t t
i gian n p ho c x c (theo Grid code) t : Thờ ạ ặ ả ủa siờu tụ
P : Cụng suất bự tối đa c a kho điủ ện.
Nhƣ vậy khi xỏc định đƣợc P và v i th i gian mong muớ ờ ốn t, ta xỏc định đƣợc
dung lƣợng của kho điện s d ng là : ử ụ
3 SCsd 2 2 2 2 max min 2.ΔP. 2.20.10 .20 C = = 2,41(F) V -V 665 -332.5 t
Dung lƣợng thi t k cế ế ủa kho điện là :
SC SCsd 4 4 C =1,1*C * =1,1*2,41* 3,54(F) 3 3 STT Tham s ố Giỏ trị 1 Điện ỏp lƣới (VLN-rms) 220 (V) 2 T n s ầ ố 50 (Hz)
3 Điện ỏp 1 chi u Udc ề 700 (V)
6 T Cụ dc-link 1,8e-3 (F)
7 Thời gian trớch m u (T) ẫ 25e-5 (s)
4.3 Kết quả mụ phỏng
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