Yêu cầu điều khiển của MMC
Trước khi tiến hành mô hình hóa ta hãy xem xét các vấn đề để hiệu suất sử dụng MMC là cao nhất. Nhiệm vụ chính của việc điều khiển bộ biến đổi MMC bao gồm: kiểm soát các giá trị đầu ra (dòng điện, điện áp) cũng như các đại lượng bên trong (điện áp trên tụ của SM và dòng điện vòng trong các nhánh).
Điều khiển dòng điện đầu ra
Đây là nhiệm vụ qua trọng nhất đối với bài toán điều khiển MMC cần phải làm được vì nó sẽ liên quan chặt chẽ đến bài toán điều khiển cho D-STATCOM. Yêu cầu đặt ra là điều khiển dòng điện đầu ra bám sát với giá trị đặt tham chiếu được tính toán với sai lệch là nhỏ nhất.
Muốn điều khiển được dòng điện đầu ra theo yêu cầu chúng ta cần đóng cắt các SM một cách hợp lý.
Cân bằng điện áp trên tụ điện
Việc cân bằng điện áp trong bộ biến đổi MMC bao gồm: Cân bằng điện áp giữa các pha, cân bằng điện áp giữa các nhánh van trong một pha và cân bằng điện áp giữa các tụ trong cùng một pha. Cân bằng điện áp giữa các tụ SM của MMC là một trong những vấn đề chính và quan trọng của điều khiển hoạt động trong MMC, vì nó liên quan đến hoạt động an toàn của hệ thống. Việc cân bằng điện áp tụ điện trong SM sẽ giúp cho sự dao động điện áp trong tụ điện luôn nằm trong giới hạn cho phép, giúp cho lựa chọn các thiết bị bán dẫn đóng cắt ở mức độ hợp lý và tránh 12
sự đóng cắt không cần thiết để giảm tốn thất trong MMC. Hơn nữa thi việc cân bằng điện áp trên các tụ của SM trong tất cả các chu kỳ hoạt động sẽ làm cho dạng của các giá trị đầu ra được ổn định.
Giảm thiểu dòng điện vòng.
Khi MMC hoạt động, có sự tồn tại của dòng điện vòng từ phía DC sang mỗi pha [5]. Lý do gây ra dòng điện này là do quá trình nạp xả liên tục của tụ điện, độ nhấp nhô của điện áp tụ điện sẽ sinh ra dòng điện móc vòng chảy qua cả 2 nhánh trong mỗi pha sẽ gây ra méo dòng điện nhánh, nhanh hỏng van,...
Mô hình hóa
Sau khi đánh giá các vấn đề cần điều khiển đã xác định được các đối tượng cần điều khiển, ta mô hình hóa cấu trúc MMC theo các biến vừa xác định. Giả sử điện áp tụ điện của SM là cân bằng và số lượng SM là vô hạn trong nhánh. Ta có thể tương đương với mỗi nhánh của bộ biến đổi như một tụ điện thay đổi mắc nối tiếp với một điện trở tương đương và điện cảm nhánh. Vì 3 pha là như nhau nên để ngắn gọn xây dựng mô hình toán học một pha được mô tả trong hình 2.7.
U DC/2 U DC/2 i dc ip Up C idiff Un
Hình 2.7: Mô hình một pha đơn giản của MMC.
Trong đó:
UDC: Điện áp nguồn một chiều.
R , L : Điện trở và điện cảm giữa lưới và bộ biến đổi
Ue: Điện áp ở đầu ra bộ biến đổi.
U p ,Un : Tổng điện áp tụ nhánh trên, nhánh dưới.
idiff : Dòng điện chảy vòng từ phía một chiều đến mỗi pha.
i p , in : Dòng điện nhánh trên, dòng điện nhánh dưới.
i : Dòng điện pha
Rarm , Larm : Điện trở và điện cảm mỗi nhánh.
Theo [5][6][7] dòng điện nhánh trên và nhánh dưới được tính bởi (2.3) và (2.4) như sau: i p in Từ 2.3 và 2.4 ta được: i =ip −in idiff = 1 2 (ip +in − 32 idc ) (2.3) (2.4) (2.5) (2.6)
Áp dụng luật Kirchhoff ta thu được phương trình sau:
U DC =u 2 p U DC =u 2 n
Ta lấy 2.7 trừ cho 2.8 ta có thể thu được biểu thức 2.8 như sau:
u p un L arm Kết hợp 2.5, 2.8 ta được: di = −1 dt 2L +Larm
Để tính được biến thứ 2 là dòng điện vòng, ta cộng 2.7 và 2.8 với nhau:
U
DC
Thay biểu thức (2.6) vào (2.11) và để đơn giản ta giả sử dòng một chiều là không đổi nên
dt
Mô hình toán học của điện áp tụ:
Tổng hệ số điều chế hai nhánh nên được giữ bằng 1, để một sub-module được chèn vào trong nhánh này thì tương ứng một Sub-module được bỏ qua trong nhánh kia.
m p + mn =1
chèn vào nhánh được tính như sau: 14
C p = C NmSM p (2.14) Cn = C NmSM n
Khi dòng điện nhánh i p và in chảy qua nhánh trên và nhánh dưới 1 pha thì tổng giá trị điện áp tụ được tính:
d U Cp dt d U Cn dt
Thay biểu thức 2.3 và 2.4 vào biểu thứ 2.15 ta được:
d U Cp dt d U Cn dt
Đơn giản ta viết gọn như sau
Trong đó i = 1,2,..., 2n là số SM được bật và im có thể bằng không nếu như SM bị tắt, hoặc bằng i p
như tất cả SM được bật nằm ở nhánh dưới.
Từ các phương trình 2.10, 2.12, 2.16 ta thu được mô hình hóa của bộ biến đổi MMC nối lưới được biểu thị qua biểu thức (2.18):
dt dt d dt 0 −R arm L arm 1 C p 1 Cn
0
0
Kết luận: Mô hình toán học của hệ thống được xây dựng dựa trên ba biến điều
khiển là dòng nhánh, dòng vòng và điện áp tụ điện dựa trên yêu cầu điều khiển
15 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
của MMC, từ đó sẽ làm nền tảng để tiếp tục xây dựng cấu trúc, thiết kế bộ điều khiển D-STATCOM trong chương 3.