Phương pháp phổ biến nhất là SVM 3 pha với sự phân bổ đối xứng của các véc tơ zero. Phương pháp này tương đương với phương pháp CB-PWM với ZSS tam giác gồm ¼ biên độ và có hàm lượng sóng hài gần như bằng với CB-PWM với ZSS hình sin. Nó rất dễ dàng thực hiện trong bộ vi xử lý và đó là sự lựa chọn tự nhiên của SVM.
Hai kỹ thuật khác của SVN là điều chế véc tơ với VN0 = 0 (điện áp giữa trung tính chuyển đổi và trung tính lưới bằng không, tương đương với sine PWM) và điều chế véc tơ với điều hòa bậc 3 (tương đương với CB- PWM với ZCC hình sin) nhưng dễ thực hiện hơn so với CB-PWM. Điều chế véc tơ không gian 2 pha là một phương pháp khác, nó tương đương với CB- PWM không liên tục với ZSS (DPWM). Phương pháp này sẽ chỉ có 1 trạng thái zero trong thời gian lấy mẫu và do đó tốt nhất là sử dụng ở các tỉ lệ điều chế cao. Điện áp dây cực đại đối với SVPWM và cũng vậy đối với PWM 2 pha là:
Ngoài ra còn một số biến thể của SVM gọi là SVM thích nghi (ASVM), nó kết hợp các SVM khác nhau thành một giải pháp chung. Phương pháp này cho phạm vi điều khiển đầy đủ bao gồm quá điều chế và sáu bước hoạt động (hoạt động sóng vuông), hiệu quả của biến tần cao hơn, song biến tần sẽ chủ yếu hoạt động ở vùng tuyến tính trên của điều chế, vì vậy phương pháp này không được quan tâm. Việc tạo ra tín hiệu chuyển mạch đối với SVM dựa trên cơ sở toán học, nó thực hiện dễ dàng trong vi xử lý.
1.3.3. Điều khiển chuyển đổi DC - AC
Có 2 chiến lược điều khiển chính để điều khiển chuyển đổi DC-AC là điều khiển dòng điện (CC - Current Control), điều khiển điện áp (VC - Voltage - Control). Điều khiển dòng điện là chiến lược chung nhất để điều khiển kết nối lưới biến tần nguồn áp( VSI - Voltage Source Inverter). Điều
khiển dòng điện có lợi thế là ít nhạy cảm với sự dịch pha điện áp và sự méo điện áp lưới, do đó nó làm giảm sóng hài dòng điện đến mức tối thiểu. Trong khi đó điều khiển điện áp có thể dẫn đến quá tải biến tần do góc pha có sai số nhỏ và có thể xuất hiện sóng hài dòng điện lớn nếu điện áp lưới bị méo. Khi hệ thống biến tần làm việc độc lập thì điều khiển điện áp sẽ là sự lựa chọn tự nhiên nhưng khi chúng hoạt động ở chế độ kết nối lưới điều khiển dòng điện là giải pháp điều khiển bền vững nhất. Trong phần này chỉ đề cập đến điều khiển dòng điện biến tần nguồn áp (CC-VSI). Các sơ đồ điều khiển trình bày trong phần này liên quan đến việc biến đổi hệ thống 3 pha sang các hệ thống 2 pha.
Điểm chung cho tất cả các chiến lược điều khiển được mô tả trong phần này là tách biệt rõ việc bù sai số dòng điện với phần điều chế điện áp (điều chế PWM). Ý tưởng này cho phép khai thác lợi thế của các bộ điều biến vòng hở tách ra từ vòng lặp bù sai số dòng điện (sẽ được mô tả trong phần sau)
Để điều khiển bộ nghịch lưu DC-AC ta có thể sử dụng các qui luật điều khiển khác nhau. Ba bộ điều khiển đang được dùng phổ biến hiện nay, đó là điều khiển tỉ lệ tích phân (PI), điều khiển cộng hưởng tỉ lệ (PR) và điều khiển phản hồi trạng thái.
a) Bộ điều khiển PI
Bộ điều khiển PI được áp dụng cho cả hệ qui chiếu tĩnh (αβ) và hệ qui chiếu đồng bộ (dq), nhưng áp dụng cho hệ qui chiếu dq sẽ có dòng điện một chiều cố định, bù PI cho phép làm giảm sai lệch tĩnh của thành phần cơ bản về không. Điều này không đúng cho trường hợp bộ điều khiển PI làm việc trong hệ trục αβ, ở đó có sai số theo dõi vốn có của biên độ và pha. Vì vậy điều khiển dòng điện trong hệ qui chiếu đồng bộ (hệ qui chiếu quay) sử dụng PI là giải pháp điển hình trong nghịch lưu nối lưới.
Lợi thế của điều khiển dòng điện trong hệ trục dq là điều khiển riêng rẽ công suất tác dụng và công suất phản kháng bằng cách gắn khung tham chiếu
dq lên đện áp lưới. Khi đó công suất tác dụng được điều khiển bằng dòng điện trục d còn công suất phản kháng được điều khiển bằng dòng điện trục q Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là cần nhiều phép biến đổi, phép tách trong chuyển đổi 3 pha và hạn chế trong việc bù các hài thấp để phù hợp với tiêu chuẩn chất lượng điện năng. Về hình thức bộ điều khiển PI được định nghĩa:
Khi cần bù sóng hài ta có thể thêm bộ bù sóng hài với phương pháp tương tự như mô tả ở trên nhưng sử dụng hệ qui chiếu quay với tần số của sóng hài mong muốn.
b) Bộ điều khiển cộng hƣởng tỉ lệ (PR - Proportional Resonant)
Bộ điều khiển cộng hưởng tỉ lệ là một kiểu điều khiển mới. T rong phương pháp này PI bù một chiều được chuyển đổi thành bù xoay chiều tương đương, do đó đem lại đặc điểm của đáp ứng tần số trong băng thông quan tâm. Sử dung phương pháp này sẽ giảm độ phức tạp của tính toán và loại bỏ sự ghép nối chéo. PR được định nghĩa:
Kết hợp với bộ điều khiển PR người ta thường thêm vào bộ bù điều hòa (HC - Harmonic Compensator). Các bù điều hòa bao gồm tổng các bộ tích phân tổng quát (GI - Generalized Integrator) được điều chỉnh để có độ khuếch đại ở các tần số khác nhau gọi là tần số cộng hưởng. Bên ngoài tần số này các GI hầu như không có sự suy giảm. Đây là một tính năng thú vị của GI bởi lẽ nó không ảnh hưởng đến đặc tính động của bộ điều khiển PR bên ngoài tần số điều chỉnh. Như vậy khi cần thiết có thể thêm nhiều GI mà không ảnh hưởng đến động lực của toàn hệ thống. Các bù sóng hài được định nghĩa:
Sự kết hợp bộ điều khiển PR với bù sóng hài có thể điều chỉnh để phản ứng với các tần số cơ bản cho kết quả điều chỉnh tốt và điều chỉnh tần số sóng hài để bù cho chúng
c) Bộ điều khiển phản hồi trạng thái
Trong các phương pháp điều khiển mô tả ở trên, quá trình điều khiển được mô tả dưới dạng hàm số truyền, nó không thể quan sát và điều khiển các hiện tượng nội bộ lên quan trong quá trình điều khiển. Vì vậy phương pháp không gian trạng thái ngày càng được chú ý nhiều hơn, bởi vì phương pháp này cung cấp sự miêu tả đầy đủ và mạnh mẽ trong miền thời gian hệ tuyến tính đa biến bậc tùy ý, hệ phi tuyến hoặc hệ có thông số biến đổi theo thời gian. Có nhiều cách viết hệ phương trình trạng thái, thông thường được viết dưới dạng
Trong đó: X(t) là véc tơ trạng thái; U(t) là véc tơ vào; Y(t) là véc tơ ra; A là ma trận kết nối trạng thái; B là ma trận kết nối vào; C là ma trận kết nối ra; D là ma trận kết nối vào/ra.
Với cách mô tả này cùng với các điều kiện đầu rất dễ thực hiện, bộ điều khiển phản hồi trạng thái có thể làm việc trong cả hệ qui chiếu tĩnh và hệ qui chiếu đồng bộ. Khi sử dụng phương pháp này các điểm cực của hệ thống vòng kín có thể đặt ở những vị trí định trước trong mặt phẳng s (hoặc mặt phẳng z đối với hệ rời rạc) và do đó có thể điều khiển được các đặc tính của đáp ứng của hệ thống. Ngoài ra, với phương pháp này việc bù sóng hài có thể đạt được bằng cách đưa thêm mô hình của hệ thống tại tần số sóng hài mong muốn.
1.4. VẤN ĐỀ HÕA NGUỒN ĐIỆN VỚI LƢỚI
Hòa đồng bộ là một trong các điều kiện để nguồn điện (từ máy phát, pin mặt trời…) có thể hoạt động ở chế độ làm việc song song hoặc cùng nối chung vào một mạng lưới điện.
nguồn khác, hoặc nhiều nguồn cùng nối chung vào một mạng lưới điện luôn đòi hỏi một số điều kiện. Một trong các điều kiện đó là các nguồn điện phải hoạt động đồng bộ với nhau.
1.4.1. Các điều kiện hòa đồng bộ
Điều kiện về tần số: Hai nguồn phải cùng tần số với nhau, hoặc tần số nguồn điện phải bằng tần số lưới.
Điều kiện về điện áp: Hai nguồn phải cùng điện áp với nhau, hoặc điện áp nguồn phải bằng điện áp lưới.
Điều kiện về pha: Hai nguồn phải cùng thứ tự pha nếu số pha lơn hơn 1và góc pha phải trùng nhau.
Ta thấy điều kiện 1 và điều kiện 3 có vẻ như mâu thuẫn với nhau vì nếu muốn cho góc pha của hai phía trùng nhau thì phải điều chỉnh tần số, mà đã điều chỉnh tần số thì tần số không thể bằng nhau. Còn nếu muốn giữ nguyên cho hai tần số bằng nhau thì khó có thể điều chỉnh được góc pha. Do đó, điều kiện thực tế là:
a) Điều kiện về tần số
Tần số của hai nguồn xấp xỉ bằng nhau. Sai lệch nằm trong khoảng cho phép. Gía trị này là bao nhiêu tùy thuộc vào việc chỉnh định bộ điều tốc và rơ le hòa điện tự động hoặc rơ le chống hòa sai.
Thông thường, người ta điều chỉnh sao cho có trị số lớn hơn 0 một chút, nghĩa là tần số nguồn điện cao hơn tần số lưới một chút. Như vậy, khi hòa vào lưới nguồn điện sẽ bị tần số lưới giữ lại, nghĩa là nguồn điện sẽ phát một công suất nhỏ ra lưới ngay thời điểm đóng máy cắt.
b) Điều kiện về điện áp
Đối với điện áp thì có thể điều chỉnh cho điện áp nguồn điện bằng điện áp lưới chính xác mà không có vấn đề gì. Người ta cũng cho phép điện áp có sai lệch chút ít so với điện áp lưới và người ta cũng chỉnh định sao cho điện áp nguồn điện bằng hoặc hơn điện áp lưới một chút để khi đóng điện thì công suất
và công của nguồn điện lớn hơn 0 một chút.
c) Điều kiện về pha
Đây là điều kiện bắt buộc và phải tuyệt đối chính xác. Thứ tự pha thường chỉ kiểm tra khi lắp đặt máy hoặc sau khi có thao tác sửa chữa, bảo trì mà phải tháo rời các điểm nối. Vì phải điều chỉnh tần số nên hai tần số không bằng nhau. Do đó, góc pha sẽ thay đổi liên tục theo tần số phách bằng hiệu của hai tần số. Các rơ le phải dự đoán chính xác các thời điểm góc pha bằng không, biết trước thời gian đóng của máy cắt và phải cho ra tín hiệu đóng máy cắt trước thời điểm đồng bộ bằng đúng thời gian đó. Thường khoảng dưới 100ms đến vài trăm ms.
Các điều kiện về điện áp và điều kiện về tần số có thể kiểm tra bằng các dụng cụ đo trực tiếp như vôn kế, tần số kế nhưng các điều kiện về pha như: thứ tự pha và đồng vị góc pha( góc lệch pha) cần phải kiểm tra nghiêm ngặt hơn.
1.4.2. Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới
Đối với hệ thống phân đoạn, hệ thống lưới mạch vòng, thì đồng vị pha đã được xác định ngay khi thiết kế. Tuy nhiên, do những sai lệch về điện áp giáng trên đường dây, trên tổng trở ngắn mạch của máy biến áp, do phối hợp tổng trở các máy biến áp trong mạch vòng không tốt và do sự phân bố tải trước khi đóng nên góc pha giữa hai đầu máy cắt có thể khác không. Nhưng thường là ít thay đổi trong thời gian ngắn. Trong trường hợp này, đóng máy cắt sẽ không gây ra ảnh hưởng lớn, ngoại trừ một vài điểm nào đó có khả năng quá tải. Đối với một số vùng liên kết với hệ thống lưới bằng một đường duy nhất hoặc nhiều đường nhưng do sự cố đã rã toàn bộ, thì khi đóng lại góc pha sẽ không còn bằng không nữa. Khi đó, góc pha sẽ thay đổi liên tục, vì hai tần số lúc ấy không còn bằng nhau. Đóng máy cắt lúc đó phải đầy đủ các điều kiện về tần số như hòa đồng bộ máy phát điện, và thường rất khó, khó hơn hòa đồng bộ máy phát. Vì muốn thay đổi tần số của một trong hai hệ thì không thể tác động tại chỗ được mà phải liên hệ từ xa. Để đảm bảo đồng vị pha, trên mạch điều khiển các máy cắt ấy phải có lắp đặt rơ le hòa đồng bộ, hoặc rơ le chống hòa sai. Đối với trường hợp thứ nhất,
rơ le có thể chỉnh định với khoảng cho phép khá rộng: góc pha có thể sai từ 5 đến 10%, điện áp cho phép sai từ 5 đến 10%.
Để hòa nguồn điện từ pin mặt trời vào lưới cũng không đơn giản do điện áp và tần số khó thỏa mãn điều kiện hòa. Do vậy, ta không nên hòa trực tiếp mà hòa điện thông qua bộ nghịch lưu. Các bộ nghịch lưu ngày nay có thể biến điện áp một chiều từ ắc quy thành nguồn có tần số và điện áp bất kì.
1.5. Kết luận chƣơng 1
Trong chương 1 đã đề cập tổng quan một số kiến thức cơ sở được sử dụng trong luận văn như logic mờ; các bộ biến đổi một chiều - một chiều, biến đổi một chiều - xoay chiều; các phương pháp điều khiển bộ biến đổi DC-DC và DC- AC; phương pháp chuyến đổi hệ trục tọa độ; phương pháp điều chế độ rộng xung.
CHƢƠNG 2
HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
2.1. NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông,… Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận. Tuy nhiên, để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt quả đất.
2.1.1. Cấu trúc của mặt trời
Có thể xem mặt trời là một quả cầu khí ở cách quả đất 1,49.108
km. Từ trái đất chúng ta nhìn mặt trời dưới một góc mở là 31'59. Từ đó có thể tính được đường kính của mặt trời là R = 1,4.106
km, tức là bằng 109 lần đường kính quả đất và do đó thể tích của mặt trời lớn hơn thể tích quả đất 130.104 lần. Từ định luật hấp dẫn người ta cũng tính được khối lượng của mặt trời là 1,989.1027 tấn, lớn hơn khối lượng quả đất 33.104 lần. Mật độ trung bình của mặt trời là 1,4g/cm3, lớn hơn khối lượng riêng của nước (1g/cm3
) khoảng 50%. Tuy nhiên mật độ ở các lớp vỏ khác nhau của mặt trời rất khác nhau. Ở phần lõi của mặt trời, do bị nén với áp suất rất cao nên mật độ lên tới 160 g/cm3, nhưng càng ra phía ngoài mật độ càng giảm và giảm rất nhanh.
Một cách khái quát có thể chia mặt trời thành hai phần chính: phần phía trong và phần khí quyển bên ngoài. Phần khí quyển bên ngoài lại gồm 3 miền và được gọi là quang cầu, sắc cầu và nhật miện. Còn phần bên trong của nó cũng có thể chia thành 3 lớp và gọi là tầng đối lưu, tầng trung gian và lõi mặt trời. Một số thông số của các lớp của mặt trời được cho trên hình 2.1.