Hiện nay các phương pháp đ ềi u chế độ rộng xung PWM đối v i bộ ếớ bi n đổi ba pha bao gồm cả đ ề i u khiển dòng và áp bên xoay chiều. Do đó phân ra làm hai
cấu trúc đ ều khiển PWM là kiểu đ ều khiển đ ện áp PWM vòng hở và đ ều khiển i i i i dòng đ ệi n PWM vòng kín. 3.2.1.1. Đ ềi u khiển đ ệi n áp PWM vòng hở usc Udc Hình 3.3. Cấu trúc đ ềi u khiển đ ệi n áp PWM vòng hở
Trong thuật toán đ ềi u khiể đ ện i n áp PWM vòng hở lại được chia ra làm nhiều phương pháp như :
• PWM kiểu sóng mang (Carrier-based PWM) g m : i u ch vớồ đ ề ế i tín hi u ệ chuẩn dạng sin (Sinusoidal PWM) và đ ềi u chế kiểu thêm thành phần bậc không (CB-PWM with zero sequence signal).
• Phương pháp đ ềi u ch véct không gian (Space vector modulation) g m ki u ế ơ ồ ể véctơ không đối xứng SVPWM (Symmetrical placement of zero vectors); kiểu xung đ ềi u chế gián đọan DPWM (Discontinuous puls width modulation) hay chính là kiểu SVM hai pha (two-phase SVM). Và kiể đ ều i u chế thích nghi véctơ không gian ASVM (Adaptive space vector modulation). • PWM kiểu ng u nhiên (Random PWM). ẫ
Ta có thể tổng k t các phương pháp i u khi n i n áp PWM vòng h bằế đ ề ể đ ệ ở ng s đồ ơ sau :
Hình 3.4. Các phương pháp đ ềi u khiể đ ện i n áp PWM 3.2.1.2. Đ ềi u khiển dòng đ ệi n PWM vòng kín
Hầu hết các ứng dụng của bộ biến đổi PWM nguồn áp ba pha như: truyền động ng cơ ộđộ , b lọc tích cực, bộ bi n ế đổi AC/DC có h sốệ công suất cao, nguồn cấp liên tục UPS, nguồn cấp xoay chiều,…đều có cấu trúc bao gồm một vòng phản hồi dòng điện bên trong. Do đó chất lượng của bộ biến đổi phụ thuộc vào thuật toán đ ềi u khi n dòng. So v i b bi n ể ớ ộ ế đổi dùng phương pháp i u khi n i n áp PWM đ ề ể đ ệ vòng hở thì bộ biến đổi dùng phương pháp đ ềi u khiển dòng PWM (CC-PWM) có nh ng u ữ ư đ ểi m sau :
• Đ ềi u khi n chính xác dòng i n t c th i. ể đ ệ ứ ờ • Bảo vệ quá dòng đ ện. i
• Loạ ỏ ệi b hi n tượng quá t i. ả
• Có đặc tính quá độ với ch t lượng t t. ấ ố
• Bù ảnh hưởng do thông s t i thay đổi ( i n tr , i n kháng). ố ả đ ệ ở đ ệ • Bù sụt áp trên van bán d n và th i gian tr c a b bi n đổi. ẫ ờ ễ ủ ộ ế
• Bù thay đổi củ đ ệa i n áp phía xoay chi u và i n áp trên ề đ ệ đường n i m t ố ộ chiều.
Cấu trúc đ ềi u khi n c a b bi n ể ủ ộ ế đổi theo phương pháp đ ềi u khi n dòng nh ể ư Hình 3.5.
Nhiệm vụ chính của bộ đ ề i u khiển trong phương pháp đ ềi u khiển dòng là giữ cho dòng xoay chiều ba pha bám theo tín hiệu dòng đặt. Thực hiệ đ ền i u này bằng cách so sánh dòng đ ềi u khiển (iAc, iBc, iCc) và giá trị dòng đo tức thời (iA, iB, iC). Bộ đ ềi u khi n dòng t o ra tr ng thái chuy n m ch (Sể ạ ạ ể ạ A, SB, SC) cho bộ biến đổ đểi làm giảm sai lệch dòng (ε ,ε , ε ). Do vậy bộ đ ề i u khiển dòng thực hiện hai nhiệm vụ là bù sai lệch dòng (làm giảm ε ,ε , ε ) và đ ềi u biên (xác định trạng thái chuyển mạch SA, SB, SC).
Hình 3.5. Cấu trúc đ ềi u khiển dòng đ ệi n PWM vòng kín
Phương pháp đ ềi u khiển dòng có thể được phân lo i bằng nhiềạ u cách, ây ở đ ta phân ra làm hai loại là : loại có bộ đ ề i u khiển kiểu on-off và loại có bộ đ ề i u khiển có khối PWM kiểu vòng hở. Ta có sơ đồ như sau :
Hình 3.6. Các phương pháp đ ềi u khiển dòng PWM
Khác với bộ đ ề i u khiển on-off thì bộ đ ề i u khiển với khối PWM vòng hở có sự phân biệt rõ ràng giữa phần bù sai lệch dòng và phần đ ều biên đ ện áp. Do vậy i i nó cho phép khai thác được những u i m của phương pháp ư đ ể đ ềi u biên vòng hở (SPWM, SVM, optimal PWM) là : có tần số chuyển mạch là hằng số, cho sóng hài thấp, tối ưu hóa trạng thái chuyển mạch, sử ụ d ng tối đa đượ đườc ng n i mộố t chi u. ề
vc SA SB SC ic i ε - + SA SB SC ic i ε - +
3.2.2. Bộ đ ề i u khiển dòng kiểu trễ (Hysteresis PWM current control)
Đ ềi u khi n dòng ki u tr là m t k thuậ ủể ể ễ ộ ỹ t c a PWM, nó thực hiện rất đơn giản. Việc chuyển mạch được xác định bởi ba bộ đ ề i u khiển trễ cho mỗi pha. Phương pháp này cũng được gọi là phương pháp đ ềi u khiển kiểu bang - bang và được thực hi n riêng r trong m i pha. M i bộ đệ ẽ ỗ ỗ iều khiển xác định trạng thái chuyển mạch của m t nửộ a c u tương ng v i dòng được duy trì trong dải trễ Äi. ầ ứ ớ
Hình 3.8. Nguyên lý của bộ đ ề i u khiển dòng kiểu trễ
Để tăng dòng c a m t pha, i n áp pha so v i trung tính b ng n a i n áp ủ ộ đ ệ ớ ằ ử đ ệ của đường dẫn một chiều cho tới khi vượt quá giới hạn trên. Sau ó i n áp - Uđ đ ệ dc/2 cấp cho tới khi chạm giới hạn dưới.Đ ện áp trên i đ ện cảm cho biết tần sối chuyển mạch và tần số này có thể thay đổi bằng cách thay đổi độ rộng của d i tr . i n cảm ả ễ Đ ệ đầu vào càng nhỏ thì dòng i n sai khác càng l n, d n n tăng đ ệ ớ ẫ đế độ dốc c a r ng ủ ă cưa.
Ư đ ểu i m c a b iủ ộ đ ều khiển kiểu đ ều khiển dòng kiểu trễ là : i • Thực hi n đơn gi n. ệ ả
• Tốc độ dòng đáp ứng nhanh.
• Cho độ chính xác cao và không cầ đ ền i u ki n n định cho h th ng. ệ ổ ệ ố • Phù hợp v i phương pháp đ ềớ i u khi n dòng c a ngh ch l u. ể ủ ị ư
Những nhược đ ểi m chính :
• Không có tần s PWM xác định : nó t o ra sóng hài b c th p mộố ạ ậ ấ t cách ng u ẫ nhiên.
• Không giớ ại h n m t cách ch t ch dòng i n s c . ộ ặ ẽ đ ệ ự ố
• Không có sự tương tác giữa các pha : do ó không có cách để tạo ra phaso đ đ ệi n áp không.
• Tăng tần số chuyển mạch (tăng tổn thất).
• Làm chậm pha c a dòng i n c bủ đ ệ ơ ản (hi n tượng này t ng khi t n s t ng). ệ ă ầ ố ă • Có thể ph i thêm m ch gi i h n t n s chuy n m ch. ả ạ ớ ạ ầ ố ể ạ
Ứng d ng: thường dùng khi hoạụ t động v i t n s chuyểớ ầ ố n m ch cao (đ ềạ i u này bù cho chất lượng thấp củ đ ềa i u biến). Tổn thất chuyển mạch hạn chế ứ ng dụng của nó đối với mức công su t th p. ấ ấ
3.3. Xây dựng và thiết kế bộ bùáp nhanh (DVR)
3.3.1. Cấu trúc hệ thống DVR
DVR là thiết bị bù theo kiểu nối tiếp, nó tương tác với mạch thông qua một máy biến áp. DVR ổn định lưới i n bằng cách bắn vào lưới đ ệđ ệ i n áp bù VrDVR. Tuỳ vào yêu cầu của phụ tải hay ch t lượấ ng l i i n ta có th có các phương án khác ướ đ ệ ể nhau cho VrDVR.
DVR sử dụng m t ph n n ng lượng i n ộ ầ ă đ ệ để bù n ng lượă ng cho l i khi c n thi t. ướ ầ ế Vecto đ ệi n áp VrDVRcó thể bù biên độ hoặc bù cả pha và biên độ cho đ ệi n áp của lưới.
DVR hoạt động c lập vđộ ới các lỗi và sự ện x ki ảy ra trong hệ thống trong đ ềi u kiện là toàn bộ hệ ố th ng v n k t n i v i lưới i n cung c p, các b ng t dòng không tác ẫ ế ố ớ đ ệ ấ ộ ắ động.Đối với ph n lớầ n các trường h p th c t , m t thi t b kinh t hơợ ự ế ộ ế ị ế n có th đạt ể được bởi bù tích c c hay tiêu c c c a các thành phầự ự ủ n nhi u i n áp c a chu i được ễ đ ệ ủ ỗ thấy tại đầu vào của DVR.Tùy chọn là hợp lý bởi cấu trúc mạng phân phố đ ểi i n hình, thành phần nhiễu không qua được máy biến áp giảm áp bởi trong trường hợp này đ ệi n trở kháng rất lớn.
Hai tính năng cụ thể giải quyết vấn đề s t áp đụ ã được th c hi n trong thi t k , ó là ự ệ ế ế đ một máy biến áp với một trở kháng thấp, và các thiết bị bán dẫn được sử dụng để chuyển mạch.
• Khố ự ữ ăi d tr n ng lượng :
Năng lượng cần để bù lại cho đ ệi n áp của tải trong suốtquá trình s t đ ệụ i n áp có thể được lấy từ nguồn hiện có nh Pin hoặc từ dòng bù nối tiếp thông qua một bộ ư chỉnh lưu và một tụ đ ệ i n
• Mạch biến đổi đ ệi n :
Từ khi ảnh hưởng của sự sụ đ ệt i n áp càng ngày càng lớn (hầu hế ởt trên một pha riêng biệt), VSC được sử dụng để bảo v và ho t động v i m t công tác không ệ ạ ớ ộ đối xứng t c là nó s bù lên m i pha m t cách riêng biệt. Hơn nữa,khi có sự sụt ứ ẽ ỗ ộ đ ệi n áp m t pha thì sẽ kéo theo sự ụ đ ệở ộ s t i n áp ở các pha khác thế nên VSC ph i có ả
khả năng vừa khắc phục được sự sụt đ ệi n áp lẫn sự tăng quá biên độ. Và DVR là bộ bi n ế đổi có khả năng đó
• Khố ọi l c :
Đặc tính phi tuyến c a các thi t bị bán dẫ đủ ế n ó là làm méo sóng cùng với sự xuất hiện của cácthành phầ đ ền i u hoà bậc cao ở đầu ra của bộ biến đổi.Để khắc phục các vấn đề này và cung cấp một nguồn đ ện chất lượng,một khối biếi n đổi i u hoà sẽ đ ề được sử dụng. Nó có th kh c ph c được hi n tượng r i i n áp và s chuy n pha ể ắ ụ ệ ơ đ ệ ự ể trong thành phần đầu ra của bộ biến đổi, và nó có thể tính toán được để phục hồi tổn th t ấ đ ệi n áp.
• Hệ ố th ng máy bi n áp: ế
Biến áp 3 pha đưa vào được sử dụng để đưa ph n i n áp thi u h t vào lưới ầ đ ệ ế ụ đ ệi n để bù l i t n th t t i đường truy n t i. Để tích h p úng vào DVR, iện áp và ạ ổ ấ ạ ề ả ợ đ đ dòng đ ệi n định mức ở cuộn sơ cấp ph i t lệả ỉ ngh ch v i các giá trị trở kháng ngắn ị ớ mạch của máy biến áp yêu cầu.Sự tồ ạ ủn t i c a bi n áp cho phép ta thi t k DVR ế ế ế ở đ ệi n áp th p, tu thu c vào h s ta ch n. ấ ỳ ộ ệ ố ọ
• Đ ềi u khi n và m ch ph thêm : ể ạ ụ
Khoá chuyển mạch, cầu dao, rơle bảo vệ hay các thiết bị đ o là các phần phụ thêm trong khối DVR, đượ đưc a vào để nhằ đ ềm i u khiển cho DVR.
3.3.2. Hệ thống đ ềi u khiển đ ệi n áp của DVR
B iộ đ ều khiển đ ện áp i được kết nối nối tiếp v i t i ớ ả được b o v nh trong ả ệ ư hình 3.10. iĐ ện áp tại tải bằng với tổng đ ện áp lưới đ ện và đ ện áp cung cấp của hệi i i thống DVR.Bộ chuyển đổi đ ệi n năng tạo ra công suất phản kháng cần thiế đồng t, thời công suất tác dụng được t o ra t b d tr năng lượng.ạ ừ ộ ự ữ
Bộ ự ữ ă d tr n ng lượng có th khác nhau tùy thu c vào nhu c u bù i n áp c a ể ộ ầ đ ệ ủ bộ DVR.DVR thường có những hạn chế về độ sụt và th i gian c a sụ đ ệờ ủ t i n áp lưới những thành phần có thể được bù.
Hình 3.10. Cấu trúc c b n của hệ thống DVR ơ ả
Hình 3.11. Cấu trúc hoạt động của hệ thống DVR
Mạch bên trái c a DVR là mạủ ch tương đương theo định lu t Thevenin c a hệ ậ ủ thống. Trở kháng Zth của h th ng ph thu c vào m c độ lỗ ạ ảệ ố ụ ộ ứ i t i t i. Khi đ ệi n áp hệ thống Vth sụt xuống thì DVR sẽ cung cấp 1 đ ệi n áp VDVR thông qua các máy biến áp kết nối giúp cho đ ện áp tại tải Vi L có thể được duy trì và ổn định. i n áp cung cấp Đ ệ của DVR được tính theo công thức :
DVR L th L th
V = V + Z I − V Trong đó : - VL là giá trị đ ệ i n áp tại tải
- IL là dòng đ ệi n qua tải - Vth là đ ệi n áp hệ thống khi xảy ra sự ố c Dòng đ ệ ải n t i được tính theo: ( L L) L L P j Q I V + ∗ ⎛ ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⇒ VDVR∠α= VL∠0+Z Ith L∠ (β θ− )− Vth∠δ
Trong đó α β, and δ là góc của DVR, Zth và Vth, tương ứng với θ là hệ số công suất :θ= tan ( QL/PL−1 ).Công suất của DVR có thể tính theo:SDVR = VDVR LI
Vấn đề được đề cậ ở đp ây là khi i n áp cung c p Vđ ệ ấ DVR vuông góc với với IL, công suất tác dụng được cung cấp bởi DVR phải đúng vớ đ ệi i n áp. Hệ thống òi đ hỏi chỉ cung cấp công suất phản kháng và DVR có khả năng t o ra công su t phản ạ ấ kháng. Lưu ý rằng DVR có thể được giữ vuông góc với IL tăng t i m t giá trịớ ộ nh t ấ định củ đ ệa i n áp s t và xa h n m i quan h vuông góc không th được duy trì ụ ơ ố ệ ể để sửa đ ện áp sụt. Đối với trường hợp này, công suất tác dụng i được cung cấp vào h ệ thống là đ ềi u cần thiết.Công suất tác dụng phả được cung cấp bởi hệ thống lưu trữ i năng lượng DVR.
3.3.3. Ứng dụng đ ềi u khi n PWM vào b bù áp nhanh DVR ể ộ
Mụ đc ích c a phương pháp này là duy trì giá tr i n áp liên t c t i i m mà ủ ị đ ệ ụ ạ đ ể tải nhạy cảm được kết nối, theo sự cố hệ th ng. H th ng i u khi n ch là bi n ố ệ ố đ ề ể ỉ ệ pháp đ ệi n áp rms tại đ ểi m tải, tức là, không yêu cầu tính toán công suất phản kháng.Hệ thống chuyển đổi VSC được dựa trên công nghệ PWM hình sin, một hệ thống vừa cung cấp đơn giản lạ đáp ứng tốt.PWM cung cấp một tùy chọn linh hoại t hơn so với hệ thống biến đổi tần số cơ ả b n (FFS) m t phương pháp a chu ng trong ộ ư ộ các ứng dụng FACTS.Bên cạnh đó, biến đổi tần số cao có thể được sử dụng để cải thiện hiệu quả chuyển đổi mà không gánh chịu thi t h i áng k . ệ ạ đ ể
Các đầu vào bộ đ ề i u khiển là một tín hiệu báo lỗi thu được từ đ ệ i n áp tham chiếu và giá trị rms của đ ệi n áp ở cực c n o. S cốầ đ ự nh vậư y được x lý b ng b ử ằ ộ đ ềi u khi n PI mà đầu ra là các góc ể δ , cung cấp đến bộ phát tín hiệu PWM. Đ ềi u quan trọng cần lưu ý trong trường hợp này, gián tiế đ ềp i u khiển bộ biến đổi, có công suất phản kháng và công suất tác dụng trao đổi vớ ệ ối h th ng cùng lúc: tín hi u ệ báo lỗi được thu bằng cách so sánh đ ệi n áp tham chiếu vớ đ ệi i n áp rms đo tạ đ ểi i m tải. Quá trình đ ều khiển PI các sự cối tín hi u t o ra góc cầệ ạ n thi t ế để i u khi n s đ ề ể ự cố về không, tức là đ ện áp tải rms được đưa trở ạ đ ệi l i i n áp tham chiếu.
Hình 3.12. Cấu trúc cơ ả đ ề b n i u khiển DVR Trong đó:
VS : đ ệi n áp ngu n ồ
Vabc : đ ệi n áp ba pha c a lưới trung th ủ ế Vref : giá trị đ ệ i n áp đặt (=1p.u)
δ : góc phục vụ bộ PWM * Vcontrolgồm 3 tín hiệu đ ều khiển hìnhsin được tính theo công thức : i
( ) = s 2 - 3 2 = s 3 R Y B V in t V sin t V in t ω δ π ω δ π ω δ ⎧ ⎪ + ⎪ ⎪ ⎛ ⎞ = + ⎨ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎪ ⎪ ⎛ ⎞ + + ⎪ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎩ (3.3) * C u trúc bấ ộ đ ề i u khiển PI : ( ) i p K PI s K s = +
* Cấu trúc bộ biến đổi:
2 2
V +Vα β
Hình 3.14.Đ ệi n áp trên đường dây truyền tải Ta có công thức chuyển đổi
1 12 12 0 √3 2 √3 2 (3.4) 3.3.4. Tính toán và lựa chọn cấu hình DVR
3.3.4.1. Giả thiết tham s hệ ốố th ng truy n t i ề ả