B- CHẠY MÔ HÌNH MÔ PHỎNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ONLINE CẢ
3.2 Khảo sát và đánh giá kết quả mô phỏng
Kết quả khảo sát
- Khảo sát sóng điện áp ngõ ra và độ méo dạng sóng hài cho cấu trúc 11-level, 15-level, 17-level, 31-level, 53-level
- - Thông số mô phỏng dùng:
Tỷ số điều biên M trong khoảng (0.6 - 0.99) Sử dụng tải R-L (R=10Ohm, L=1e-2H)
IGBT ghép song song với diode và ghép lại với nhau thành khóa 2 chiều Nguồn cho mỗi unit là nguồn dc, lấy theo Vdc=1p.u
Dùng phương pháp on-line cải tiến, để tính trực tiếp góc kích cho các khóa công suất.
- Mô phỏng trên matlab/simulink R2010.
Đánh giá kết quả mô phỏng:
- Xem kết quả mô phỏng ta thấy, khi số bậc càng cao thì hệ số THD% giảm dần với cùng tỷ số điều biên, dạng sóng áp ra cũng sin hơn.
- Trong mô phỏng ta thấy nếu không xét đến hài bội ba thì hệ số THD% sẽ thấp hơn khi xét hài bội ba. Tùy ứng dụng cụ thể ta cần xét hoặc không xét đến hài bội ba ví dụ bộ nghịch lưu sử dụng cho hệ thống một pha thì cần xét đến hài bội ba, sử dụng cho hệ thống ba pha thì không cần xét đến hài bội ba vì trên dây pha nó sẽ bị triệt tiêu trong (line-to-line voltages) [20].
- Ở đây không chú trọng đến khoảng điều biên, mà chỉ khảo sát các tỷ số điều biên trong khoảng (0.6 - 0.99). Ý tưởng Luận văn hướng đến cho hệ thống kết nối lưới của hệ thống năng lượng mặt trời, do ưu điểm là cần nhiều ngồn dc độc lập.
Chương 4
KẾT LUẬN
Kết luận:
- Luận văn đã giới thiệu, phân tích phương pháp thiết kế bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suât [3], cách xác định các thông số như: giá trị điện áp trong mỗi unit Vj và giá trị V0,max, số bậc có thể điều chế được Nstep, số khóa trong mỗi unit và số units trong bộ nghịch lưu. Trình bày, phân tích, so sánh hai phương pháp điều khiển [15] & [16], để rút ra cách xác định góc kích cho bộ nghịch lưu giảm số khóa. Nhờ vào ưu điểm của hai phương pháp này là tính toán dể dàng hơn các phương pháp truyền thống, nên phù hợp với việc điều chế số bậc cao. Kết quả thực hiện được kiểm trứng bằng matlab 2010. Độ méo dạng họa tần trong bộ nghịch lưu này cũng tương đương với bộ nghịch lưu đa bậc khác, do đó việc ứng dụng nó vào thực tiễn là điều cần được xem xét.
- Mô phỏng được một số bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất bằng phương pháp on-line cải tiến cho bộ nghịch lưu này.
- Qua kết quả mô phỏng ta thấy thành phần sóng hài tương đối thấp, lợi thế là số bậc cao giảm độ méo dạng, sóng áp ra gần sin hơn.
- Cuối cùng, phương pháp đề nghị ứng dụng cho bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất. Vì nó có một số ưu điểm như: 1- Giảm được số linh kiện điện tử công suất, đây là đặc điểm quan trọng giảm giá thành sản xuất, 2- Điều chế ra nhiều bậc với số khóa thấp, ưu điểm này đồng thời giảm độ méo dạng họa tần và sóng gần sin hơn, 3- Bộ nghịch lưu này cần nhiều nguồn dc độc lập, nên do đó ứng dụng cho hệ thống năng lượng tái tạo là điều cần quan tâm.
- Tuy nhiên còn một số tồn tại, chỉ giảm số khóa hơn cấu trúc truyền thống khi số bậc lớn hơn 7, không điều chế ra số bậc bất kỳ, số bậc điều chế được phụ thuộc
vào số khóa trên mỗi unit và số unit trong một bộ, thành phần sóng hài có phần cao hơn so với cầu trúc cascaded. Do thời gian có hạn nên chưa kịp tối ưu trong phương pháp online cải tiến, để giảm thành phần sóng hài xuống thấp hơn.
Hướng phát triển đề tài:
- Đề xuất thứ nhất là cần tối ưu thêm trong phương pháp điều khiển, để đạt được kết quả tốt hơn.
- Thứ hai là xây dựng mô hình hệ thống nối lưới xoay chiều cho hệ thống năng lượng mặt trời, sử dụng bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất, ứng dụng phương pháp on-line cải tiến để điều khiển.
- Thứ ba là chạy mô phỏng với mô hình trên cho công suất vài MW và thực nghiệm với công suất vài kW
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] R . H. B aker and L. H. B annister, “Electric power converter,” U.S. Patent 3 867 643, Feb. 1975.
[2] A. Nabae, I. Takahashi, and H. Akagi, “A n ew neutral-point clamped PWM inverter,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. IA-17, no. 5, pp. 518–523, Sep./Oct. 1981. [3] Ebrahim Babaei, “A Cascade Multilevel Converter Topology With Reduced Number of Switches,” IEEE transactions on power electronics, vol. 23, no. 6, november 2008.
[4] E. B abaei, M. T. Haque, and S. H. Hosseini, “A novel structure for multi-level converters,” in Proc. ICEMS , 2005, vo l. II, pp. 1278–1283.
[5] T. A. Meynard and H. Foch, “Multi-level conversion: High vo ltage chop-pers and voltage-source inverters,” in Proc. I EEE PESC , 1992, pp. 397–403.
[6] G. Carrara, S. Gardella, M. Marchesoni, R. Salutari, G. Sciutto, “A New Multilevel PWM Method: A Theoretical Analysis,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 7, no. 3, July 1992, pp. 497-505.
[7] Jagdish Kumar, Biswarup Das, Senior Member, IEEE, and Pramod Agarwal, Member, IEEE “Selective Harmonic Elimination Technique for a Multilevel Inverter” Fifteenth National Power Systems Conference (NPSC), IIT Bombay, December 2008.
[8] R. W. Menzies, P. Steimer, J. K. Steinke, “Five-Level GTO Inverters for Large Induction Motor Drives,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 30, no. 4, July 1994, pp. 938-944.
[9] M. Manjrekar, P. K. Steimer, and T. Lipo, “Hybrid multilevel power conversion system: A competitive solution f or high-power applications,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 36, no. 3, pp. 834–841, May/Jun. 2000.
[10] Z. Du, L. M. Tolbert, J. N. C hiasson, and B . Ozpineci, “A cascade multi-level inverter using a single d c p ower source,” in Proc. I EEE APEC , 2006, pp. 426– 430.
[11] H. S. Patel and R. G. Hoft, “Generalized Harmonic Elimination and Voltage Control in Thyristor Converters: Part I – harmonic elimination,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 9, May/June 1973. pp. 310-317.
[12] J. Rodriguez, J. S. Lai, and F. Z. Peng, “Multilevel inverters: Survey of topologies, controls, and applications,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 49, no. 4, pp. 724–738, Aug. 2002.
[13] M. T. Haque, “Series sub-multilevel voltage source inverters ( MLVSIs) as a high quality MLVSI,” in Proc. S PEEDAM , 2004, pp. F1B-1–F1B-4.
[14] E. Babaei, S. H. Hosseini, G. B. Gharehpetian, M. T. Haque, and M. Sabahi, “Reduction of dc voltage sources and switches in asymmetrical multilevel
converters using an ovel topology,” Elsevier J. Electr. Power Syst. R es., vol. 77, no. 8, pp. 1073–1085, Jun. 2007.
[15] P.Q. Dzung, Saito Y., L.M. Phuong, N.V. Nho,”A New On-line Approach for Determining Conducting Angles in Multilevel Cascaded Inverters”, European Power Electronic Conference EPE’07, Denmark, 2007.
[16] ] Kang, D.-W.; Kim, H.-C.; Kim, T.-J.; Hyun, D.-S.: A simple method for acquiring the conducting angle in a multilevel cascaded inverter using step pulse waves, Electric Power Applications, IEE Proceedings- Volume 152, Issue 1, Jan 2005 Page(s):103 – 111.
[17] K. A. Corzine, M. W. Wielebski, F. Z. Peng, and J. Wang, “Control of cascaded multi-level inverters,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 19, no. 3, pp. 732–738, May 2004.
[18] N.V.Nho, P.Q.Dung, H.H. Lee: Novel On-Line Step Pulse PWM Algorithm for Cascade Multilevel Inverters, Proceeding of the 37th IEEE Power Electronics Specialist Conference PESC, 22- 26th June 2006, Jeju, Korea.
[19] Z. Du, L. M. Tolbert, and J. N. Chiasson, “Active harmonic elimination for multilevel converters,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 21, no. 2, pp. 459–469, Mar. 2006.
[20] S. Khomfoi and L. M. Tolbert, “Multilevel power converters,” in Power Electronics Handbook , 2nd ed. Amsterdam, The Netherlands: Elsev ier, 2007, ch. 17, pp. 451–482.
[21] T. A. Meynard, H. Foch, “Multi-Level Conversion: High Voltage Choppers and Voltage-Source Inverters,” IEEE Power Electronics Specialists Conference, 1992, pp. 397-403.
LUẬN VĂN THẠC SỸ
Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Đề tài:
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA CÔNG SUẤT
CBHD : PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG HVTH : LƯƠNG TRẦN NGHĨA
NGÀY NAY NGHỊCH LƯU ĐA BẬC CÓ NHIỀU ỨNG DỤNG NHƯ: -
- -
TRONG BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT LỚN TRONG THIẾT BỊ FACTS
1- NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA CÔNG SUẤT
2- NGHIÊN CỨU VÀ CẢI TIẾN PHƯƠNG PHÁP ONLINE ĐỂ ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA
3- MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH GIẢM SỐ KHÓA BẰNG MATLAB – SIMULINK R2010
I. TỔNG QUAN VỀ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC
II. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA
III. PHÂN TÍCH PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN “ONLINE” CHO BỘ NGHỊCH LƯU CASCADED TRUYỀN THỐNG
IV. CẢI TIẾN PHƯƠNG PHÁP “ONLINE” ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA
1. MỘT SỐ CẤU TRÚC NGHỊCH LƯU ĐA BẬC TRUYỀN THỐNG
-
-
CẤU TRÚC KIỂU DIODE KÈM (DIODE-CLAMPED MULTILEVEL CONVERTERS)
CẤU TRÚC KIỂU TỤ KÈM (FLYING CAPACITOR MULTILEVEL CONVERTERS)
- CẤU TRÚC KIỂU CASCADED (CASCADED
PHƯƠNG PHÁP VÉC TƠ KHÔNG GIAN PHƯƠNG PHÁP SÓNG MANG
Ý tưởng của phương pháp điều chế vectơ không gian là tạo nên sự dịch chuyển liên tục của véc tơ tham chiếu trên quỹ đạo đường tròn của véc tơ điện áp bộ nghịch lưu. Với sự dịch chuyển đều đặn của véc tơ
không gian trên quĩ đạo tròn, các sóng hài bậc cao được loại bỏ và quan hệ giữa tín hiệu điều khiển và biên độ áp ra trở nên tuyến tính.
Khi tín hiệu chuẩn bị được truyền thông qua một môi trường truyền dẫn, tín hiệu này sẽ được chồng lên một sóng mang, đó là một loại sóng hình sin có tần số cao, ta gọi là điều biến sóng mang.
- Giản đồ kích các công tắc được thiết lập trên cơ sở giải các phương trình phi tuyến bên dưới tìm các góc kích θs:
với n = 1, 3, 5, 7,...
- Giản đồ kích đóng được chọn sẽ khử bỏ sóng hài bậc cao và điều khiển sóng hài cơ bản.
- Nhược điểm của nó là việc giải các phương trình mất nhiều thời gian và khó thực hiện với số bậc lớn.
1. CÁCH GHÉP CÁC KHÓA CÔNG SUẤT
CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MỘT CELL:
Gồm một nguồn DC và 2 khóa công suất hai chiều (a), tương ứng sẽ tạo ra được dạng sóng điện áp ra như (b)
Trong mỗi unit có nhiều cell, nó phụ thuộc vào số bậc điều chế mà ta có thể tăng hay giảm số lượng cell tương ứng
SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP ONLINE
ĐỂ KHẮC PHỤC MỘT SỐ NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG
PHÁP SHE, PHƯƠNG PHÁP ONLINE TIẾP CẬN TRỰC TIẾP XÁC ĐỊNH GÓC KÍCH
VỚI CÁC TÍNH TOÁN ĐƠN GIẢN HƠN TỔNG HỢP CHÍNH
XÁC CÁC THÀNH PHẦN SÓNG ĐIỆN ÁP NGÕ RA, GIẢM
THIỂU ĐỘ MÉO DẠNG VÀ HỆ SỐ THD TRÊN TOÀN PHẠM VI ĐIỀU BIÊN
NHỮNG GÓC KÍCH CÓ ĐƯỢC BẰNG CÁCH CHIA SÓNG
ĐIỆN
ÁP THAM CHIẾU THEO CHIỀU DỌC, THÀNH NHỮNG KHU VỰC
ĐIỆN ÁP, TƯƠNG ỨNG VỚI NÓ LÀ MỖI GÓC KÍCH θ. TỪ ĐÓ
XÁC
ĐỊNH GÓC KÍCH BẰNG PHƯƠNG PHÁP TÍCH PHÂN
A DE D KI ỂU CẦ U- H
1- TRƯỚC TIÊN, PHÂN CHIA DIỆN TÍCH SÓNG ĐIỆN ÁP THAM
BẰNG CÁCH SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP DIỆN TÍCH
3- TÍNH TOÁN GÓC KÍCH θj CHO TỪNG BẬC ĐỂ BIÊN ĐỘ
CỦA
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA SÓNG VUÔNG BẰNG
Khi đó góc α được xác định như sau:
Tương ứng với tỷ số điều biên M < 0.64
Tương ứng với tỷ số điều biên M > 0.64, ở đây d là hệ số, được xác định khi min THD%
- PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỚI CŨNG THỰC HIỆN CÁC BƯỚC TƯƠNG TỰ NHƯ PHƯƠNG PHÁP ONLINE
- CUỐI CÙNG TA CŨNG XÂY DỰNG ĐƯỢC CÔNG THỨC
TÍNH GÓC KÍCH CHO BỘ NGHỊCH LƯU NHƯ SAU:
Do đặc điểm cấu tạo của cấu trúc giảm số khóa khác với cấu trúc cascaded truyền thống nên giá trị N được tính như sau:
- XÂY DỰNG MÔ HÌNH BỘ NGHỊCH LƯU GIẢM SỐ KHÓA VÀ CHẠY MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB VỚI PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỀ XUẤT
- MÔ PHỎNG CHO BỘ NGHỊCH LƯU 11 BẬC VÀ BỘ
Dạng sóng điện áp ra của bộ nghịch lưu 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time (s) 0.025 0.03 0.035 0.04
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 Harmonic order 19 21 23 25 27 29 31 Voltage, Vn/Vdc
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 Harmonic order 19 21 23 25 27 29 31 Voltage, Vn/Vdc
Dạng sóng điện áp ra của bộ nghịch lưu 41 bậc 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time (s) 0.025 0.03 0.035 0.04
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 Harmonic order 19 21 23 25 27 29 31 Voltage, Vn/Vdc
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 Harmonic order 19 21 23 25 27 29 31 Voltage, Vn/Vdc
- DỰA VÀO HAI ƯU ĐIỂM NỔI BẬT: THỨ NHẤT, CẤU TRÚC ĐIỀU CHẾ ĐƯỢC SỐ BẬC LỚN NHƯNG SỐ KHÓA CÔNG SUẤT THẤP. THỨ HAI LÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TÍNH TOÁN ĐƠN GIẢN NÊN ĐỀ TÀI ĐỀ XUẤT MỘT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ NGHỊCH VỚI SỐ BẬC LỚN GIẢM ĐỘ MÉO DẠNG HỌA TẦN VÀ SÓNG ÁP RA GẦN SIN.
- BỘ NGHỊCH LƯU NÀY CẦN NHIỀU NGUỒN DC ĐỘC LẬP,
DO ĐÓ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO LÀ ĐIỀU CẦN QUAN TÂM. ĐỀ NGHỊ ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI VÀO HỆ THỐNG NỐI LƯỚI CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI.