Độ dịch pha chính là nguyên lý c bảơ n c a b ngh ch l u 18 bước c ng nh ủ ộ ị ư ũ ư cầu H. Bộ nghịch lưu 18 bước này bao gồm ba nhóm H-bridge được chia thành nhóm cầu trước (L) và nhóm cầu sau (R), mỗi nhóm này thực hiện độ dịch pha là 200 và 400 so với nhóm trước đấy. Dạng sóng u ra củ đ ệđầ a i n áp dây và i n áp pha đ ệ có dạng 18 bước. Độ lớn c bảơ n c a i n áp pha và i n áp dây có th được i u ủ đ ệ đ ệ ể đ ề khiển bởi góc lệch pha bằng cách c ng các sóng i u hoà l i v i nhau. ộ đ ề ạ ớ
Bộ nghịch lưu này có thể ứ ng dụng làm bộ lưu trữ đ ệ i n năng. Khi lưới đ ệi n đang ngoài gi cao i m thì nó sẽ nạở ờ đ ể p đầy n ng lượng, còn khi lưới i n hoat ă đ ệ
động trong giờ cao i m thì nó s bù n ng lượng l i cho c quy. Tuy nhiên khi th c đ ể ẽ ă ạ ắ ự hiện một trong hai chức năng đó thì bộ nghịch lưu này có thể hoạt động sớm pha hoặc chậm pha như một bù công suấ ĩt t nh.
Đ ệi n áp ra c a b ngh ch lưủ ộ ị u s có d ng g n hình sin. Nó có kh n ng truy n ẽ ạ ầ ả ă ề công suất 2 chiều. Và vì vậy, bộ biến đổi có thể hoạt động ở ch độ ch nh l u ho c ế ỉ ư ặ nghịch lưu, tức là nạp hay không n p cho c quy, phát công su t ho c tiêu th công ạ ắ ấ ặ ụ suất.
Hình 2.22. Cấu trúc nghịch lưu 18 bước
-20° CD LA LB LC RA RC RB GAP GBP GCP GAP GBP GCP GAN GBN GCN GAN GBN GCN -40° CD LA LB LC RA RC RB GAP GBP GCP GAP GBP GCP GAN GBN GCN GAN GBN GCN 0° CD LA LB LC RA RC RB GAP GBP GCP GAP GBP GCP GAN GBN GCN GAN GBN GCN BATTERY VOLTAGE T11 T12 T13 T21 T22 T23 T31 T32 T33 T11 T21 T32 T31 T22 T13 T23 T31 T33 T21 T12 T22 T33 T32 T23 CF CF CF C A B
Hình 2.23. Sơ đồ pha đ ệi n áp của nghịch lưu 18 bước Khi đó đ ệi n áp trên các cuộn dây c a máy bi n áp s là : ủ ế ẽ
VT11 = 3 2Eb.k.cos300.sinωt (2.31) VT21 = 3 2 Eb .k.cos500.sin(ωt – 9 π ) (2.32) VT32 = 3 2Eb.k.cos500.sin(ωt + 9 π) (2.33) VT31 = 3 2 Eb .k.cos700.sin(ωt – 9 2π ) (2.34) VT22 = 3 2Eb.k.cos700.sin(ωt + 9 2π ) (2.35)
Như vậy đ ệi n áp trên pha A sẽ là :
⇒ VA = VT11 + VT21 +VT32 -VT31 - VT22 (2.36) Sẽ có 2 sóng được phát, vị trí pha của VL vượt tr c vị trí đặt 1 lượng nhỏ, ướ vị trí pha của VR chậm sau 1 lượng nh tương ng, t ng h p 2 sóng t o nên 1 sóng ỏ ứ ổ ợ ạ mới Vi. Vị trí pha của Vi là vị trí đặt (nằm giữa vị trí pha của 2 sóng thành phần). Độ lớn c a Vi s được tính b ng t ng véct c a 2 sóng thành ph n. ủ ẽ ằ ổ ơ ủ ầ π⁄ π⁄ π⁄ π⁄ π⁄ π⁄ VT21 VT31 VT12 VT22 VT32 VT13 VT23 VT33 π⁄ 2π⁄ VT11 VT21 VT31 -VT32 -VT22 N A VT11
Tổng hợp sóng đ ện áp ra có dại ng 9 bước, tu thu c vào góc mà có th ỳ ộ β ể đ ềi u khi n độ l n c a Vi. Nguyên lý t o ra sóng i n áp này s được mô t nh hình ể ớ ủ ạ đ ệ ẽ ả ư vẽ sau:
Hình 2.24.Dạng sóng đ ệi n áp đầu ra của nghịch lưu 18 bước t t t Vi VL VR 0
CHƯƠNG 3.XÂY DỰNGH THỆ ỐNG BÙ ÁP NHANH
Các vấn đề về ch t lượng ngu n i n bao g m m t d i r ng c a các nhi u ấ ồ đ ệ ồ ộ ả ộ ủ ễ động như ụ: s t/tăng áp, nh p nháy, méo sóng hài, quá độ xung và gián đ ạấ o n.
Hiện tượng sụt áp có thể xảy ra t c th i t i m i th i i m v i biên độ trong ứ ờ ạ ọ ờ đ ể ớ khoảng từ 10-90% và trong khoảng thời gian dài từ mộ ửt n a chu kỳ đến m t phút. ộ Mặt khác, sự tăng áp được(swell)được định nghĩa là sự ă t ng lên của dòng đ ệi n hoặc đ ệi n áp t i t n s ngu n trong kho ng th i gian t 0,5 chu k đếạ ầ ố ồ ả ờ ừ ỳ n 1 phút, l n tiêu độ ớ chuẩn nằm trong khoảng 1,1 đến 1,8. Độ lớn tăng lên cũng được mô tả bằng đ ệi n áp dư của nó, trong trường h p này luôn luôn l n h n 1,0.Vi c ng t ph tả đ ệợ ớ ơ ệ ắ ụ i i n cảm lớn hoặc kích thích một bộ ụ đ ệ t i n lớn ở mộ ệ ốt h th ng i n hình là nguyên nhân gây đ ể tăng áp.
Hiện tượng tăng áp không quan trọng bằng sụt áp bởi vì chúng thương ít gặp hơn trong các hệ thống phân phối trung áp. Tăng và sụt áp có thể gây ra h hỏng ư hoặc ngắt cho thiết bị nhạy cảm (như thiết bị được chế ạ t o từ chất hoá học ho c ch t ặ ấ bán dẫn) cũng như tạo ra các dòng i n l n m t cân b ng có th làm ng t c u chì đ ệ ớ ấ ằ ể ắ ầ hoặc ngắt mạch b o v gây thi t h i v kinh t . ả ệ ệ ạ ề ế
Có nhiều phương pháp khác nhau khắc phục hiện tượng tăng và sụt áp nhưng việc sử dụng h th ng bùáp nhanh s dụệ ố ử ng ngh ch l u a m c là h u hi u ị ư đ ứ ữ ệ hơn cả và ngày nay được sử ụ d ng r ng rãi trên thế giới. ộ
3.1. Cấu trúc hệ thống của mộ ộtb bù áp nhanh (DVR)
Bộ bù áp nhanh g m m t dãy thi t bị nốồ ộ ế i ti p được thi t k để duy trì giá tr ế ế ế ị đ ệi n áp không đổi cho các t i nhạy cảm. Bộ DVR bao gồm: ả
1. Một bộ phận bơ đ ệm i n áp/ một loạt bộ chuyển đổi đ ệi n áp 2. Một bộ lọc sóng hài
3. Một bộ chuyển đổi ngu n áp (VSC) ồ 4. Một kho dự trữ năng lượng
5. Một hệ thống đ ều khiểi n
Hình 3.1.Sơ đồ c u trúc c a bộ DVR ấ ủ
Chức năng chính của bộ DVR là bảo vệ các tải nhạy c m do hi n tượng ả ệ tăng/sụt áp từ lưới đ ệi n. Do ó, b DVR n m vịđ ộ ằ ở trí trên đường dây n i ố đến t i ả nhạy cảm. Nếu có sự cố xảy ra trên các đường dây thì b DVR s bổộ ẽ sung lượng đ ệi n áp là VDVR và bù lượng đ ệi n áp để iđ ện áp tải bằng giá trị đ ệ i n áp trước khi xảy ra sự cố. Biên độ tức th i c a i n áp 3 pha đượờ ủ đ ệ c bơm được đ ềi u khi n bằng cách ể loại trừ bấ ỳ ảt k nh hưởng b t l i c a s cố tớ đ ệấ ợ ủ ự i i n áp t i ả VL. Đ ềi u này có nghĩa là bất kỳ đ ện áp so lệch được gây ra bởi sự nhiễu loạn nhất thời trong tuyến dây xoay i chiều sẽ được bù bằng lượng đ ệi n áp tương đương được tạo ra bởi bộ chuyển đổi và bộ phận bơm đ ện áp trên lưới trung áp thông qua bộ chuyểi n đổi t ng áp. ă
Bộ DVR làm vi c độc l p v i các lo i s cốệ ậ ớ ạ ự ho c b t k sự ệặ ấ ỳ ki n nào x y ra ả trên hệ thống, nó cung cấ đ ệp i n áp cho phần còn lại của hệ thống được kế ố ớt n i v i kho dự trữ lưới đ ệi n.B DVR có 2 chếộ độ ho t động nhưạ sau: chế độ dự phòng và chế độ tăng áp. ch độ dự phòng (Ở ế VDVR=0), dây quấn h áp c a b bi n đổi t ng ạ ủ ộ ế ă áp bị ngắn mạch qua bộ biến đổi. Không có chuyển mạch của vật liệu bán dẫn xảy ra khi hoạt động chế độ này, bởi vì các nhánh bộ biếở n đổi riêng l được khởi động ẻ giống như thành lập một nhánh ngắn mạch cho bộ chuyển đổi nối tiếp. Do đó, chỉ so sánh tổn hao truyền dẫn thấp của chất bán dẫn trong bụng dòng đ ệi n đóng góp vào tổn thất. Bộ DVR sẽ làm việc chủ yế ởu ch độ này. ch độ t ng áp (ế Ở ế ă VDVR>0),
bộ DVR sẽ bơ đ ệm i n áp bù thông qua b chuy n đổi t ng áp do phát hi n i n áp ộ ể ă ệ đ ệ nguồn mất cân bằng.
Hình 3.2. Mạch cân bằng i n áp của hệ thống khi có bộ DVR đ ệ
Hình 3.2biểu diễn một mạch tương đương của bộ DVR khi mà nguồ đ ện i n áp bị sụt hoặc tăng áp thì bộ DVR sẽ ơ b m 1 lượng đ ệi n áp Vinjthông qua bộ chuyển đổi bơm đ ện áp đểi giá trị đ ện áp tải i VL cần thi t có thểế được duy trì. Lượng i n áp đ ệ bơm vào do bộ DVR có thể được viết như sau:
Vinj = Vload + VS (3.1)
Trong đó:
Vload: là giá trị đ ệ i n áp tả đi òi hỏi (cần)
VS: là đ ệi n áp nguồn trong đ ềi u kiện sụ ăt/t ng áp Dòng đ ệi n tải ILoad được cho bởi công thức:
( ) ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ± = Load Load Load Load V Q J P I * (3.2)
3.2. Lý thuyế đ ềt i u khiển phát xung PWM
3.2.1. Các phương pháp đ ềi u khiển PWM
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