7. Kế hoạch thực hiện đề tài
3.3 Cực tiểu công suất bộ nghịch lưu của HAPF
Thông qua phương pháp điều khiển điện áp dc-link, điện áp dc-link của HAPF có thể được điều khiển để đạt giá trị tham chiếu cực tiểu. Khi đã xác định giá trị điện áp dc- link cực tiểu. Từ (3-21) và (3-22), cơng suất của HAPF trong trường hợp có và khơng có Lcn (Sinv_NL, Sinv_L) được suy ra như sau:
1_ in _ S 3 2 dc NL v NL c V I (3-23) 1_ in _ S 3 2 dc L v L c V I (3-24)
Trong đó Ic = max(Ica, Icb, Icc). Từ (3.23) và (3-24) cho thấy công suất của HAPF trong trường hợp có và khơng có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính tỉ lệ với điện áp dc-link. Vì vậy, mức điện áp dc-link sẽ ảnh hưởng đến công suất của bộ nghịch lưu trong HAPF. Đối với tải chỉnh lưu cầu 3 pha cân bằng như hình 2.6, từ (3-23) và (3-24), tỉ lệ cơng suất bộ nghịch lưu SR của HAPF giữa trường hợp có và khơng có Lcn có thể được biểu thị như sau:
in _ 1_ 1 _ in _ 1_ 1 _ S S v L dc L dc x L R v NL dc NL dc x NL V V S V V (3-25)
Hình 3.4 Tỉ lệ công suất bộ nghịch lưu SR giữa trường hợp HAPF khơng có và có những giá trị Lcn khác nhau
Do các dòng hài của tải chủ yếu có các bậc thứ 3, thứ 5, thứ 7 và thứ 9…, bộ lọc ghép (Lc1, Cc1) có Lcn có thể cho các hài bậc 3 và bậc 5 đi qua. Hình 3.4 mơ tả SR giữa
39
trường hợp HAPF khơng có và có cuộn dây Lcn với các giá trị Lcn khác nhau. Từ hình 3.4, khi Lcn được chọn ở khoảng 4,5mH, công suất cực tiểu của bộ nghịch lưu trong HAPF có thể đạt được. Hơn nữa, cơng suất bộ nghịch lưu của HAPF trong trường hợp có Lcn (Lcn = 4-5 mH) có thể giảm hơn 50% so với khi khơng có Lcn (Lcn = 0 mH).
Từ phân tích trên, khi các hài bậc 3kth và 3k ± 1th chi phối dòng điện hài của tải trong hệ thống điện ba pha bốn dây, thông qua thiết kế phù hợp của phần ghép nối (Lc1, Cc1) và Lcn, HAPF có Lcn có thể giảm cơng suất bộ nghịch lưu so với HAPF khơng có Lcn. Bộ LC ghép với Lcn được thiết kế cho hài tần bậc 3k ± 1th đi qua vì bộ LC ghép với Lcn chỉ có thể loại bỏ dịng hài bậc 3kth. Hơn nữa, hài bậc 3kth phải nhỏ hơn hài bậc 3k ± 1.
Mặc dù việc sử dụng cuộn dây Lcn làm tăng một thành phần thụ động của HAPF, nhưng nó tác dụng làm giảm điện áp DC-link tối thiểu, nhằm giảm chi phí ban đầu của hệ thống HAPF. Ngồi ra, vì tổn thất đóng ngắt tỷ lệ thuận với điện áp DC-link [37], HAPF với cuộn dây Lcn sẽ làm giảm tổn thất chuyển mạch hơn nếu sử dụng điện áp DC-link thấp hơn và ngược lại. Bên cạnh đó, hệ thống cũng có thể giảm nhiễu do đóng ngắt chuyển mạch, để cải thiện hiệu suất bù của nó. Bảng 3.2 tóm tắt các đặc điểm của HAPF khơng có và có Lcn.
Bảng 3.2 Đặc điểm của HAPF khơng có và có cuộn dây Lcn
HAPF Số trở kháng lọc hài
Số phần tử LC
Công suất của bộ nghịch lưu
L C
Khơng có Lcn 1 3 3 Lớn hơn
40
CHƯƠNG 4 CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THẢO LUẬN
4.1 Giới thiệu
Để kiểm chứng các đặc tính lọc và phân tích điện áp DC-link tối thiểu trong các phần trước, kết quả mô phỏng của hệ thống HAPF 3 pha bốn dây khơng có và có cuộn dây trung tính Lcn như trong hình 2.6 sẽ được trình bày trong chương này. Để đơn giản hóa việc kiểm chứng trong chương này, điện áp DC-link được cung cấp bởi nguồn điện áp DC bên ngoài. Bảng 4.1 liệt kê các tham số hệ thống mô phỏng cho HAPF. Từ Bảng 4.1, phần ghép nối Lc1 và Cc1 được thiết kế dựa trên mức tiêu thụ công suất phản kháng cơ bản của tải và được lọc hài ở tần số hài bậc 5, và bộ Lc1, Cc1 ghép với Lcn được thiết kế lọc hài ở tần số hài bậc ba. Khi mô phỏng tải cân bằng, một pha sẽ được mô phỏng minh họa cho việc bù công suất phản kháng và bù dịng hài. Cịn khi mơ phỏng tải bất kỳ (khơng cân bằng) thì sẽ mơ phỏng minh họa cho cả 3 pha. Dòng phản kháng và dòng bù tham chiếu HAPF được xác định bằng cách sử dụng lý thuyết pq tức thời một pha như đã trình bày trong chương 3.
Mạch mơ phỏng được thiết kế trong Simulink của Matlab với sơ đồ mạch mô phỏng như hình 4.1.
41
a. Sơ đồ tổng thể
b. Sơ đồ tải 3 pha trong trường hợp tải cân bằng và tải khơng cân bằng Hình 4.1 Sơ đồ tổng quát của HAPF được vẽ trong Simulink Các tham số hệ thống mô phỏng cho HAPF được thiết lập theo bảng 4.1
42
Bảng 4.1 Liệt kê các tham số của mạch HAPF.
Đặc tính của mạch Giá trị
Điện áp nguồn 3 pha Vp-p = 380 (V), f = 50 (Hz) a = 0; b = -1200; c = 1200 Tải 3 pha cân bằng R1 = R2 = R3 = 8 ();
L1 = L2 = L3 = 0,2 (H) Tải 3 pha không cân bằng R4 = 12(), L1 = 0,1(H);
R5 = 10(), L2 = 0,1(H); R6 = 08(), L3 = 0,1(H). Mạch lọc thụ động Lc1, Cc1 Lc1 = 9.10-6 (H);
Cc1 = 270.10-6 (F) Cuộn cảm Lcn Lcn = 4.10-4 (H)
Sơ đồ mơ phỏng của mạch lọc tích cực (khối APF) được vẽ như hình 4.2, trong đó bao gồm các khối chính như: Khối điều khiển bộ nghịch lưu (Universal Bridge 3 arms), khối điều khiển PI (PI controller), khối điều khiển Hysteresis (Hysteresis controller), khối tính tốn bù PQ & I (PQ & I – compensation Calc).
43
Khối điều khiển bộ nghịch lưu có tín hiệu điều khiển lấy từ khối điều khiển Hyteresis, tạo các xung kích cho 6 IGBT của mạch cầu 3 pha. Mạch cầu 3 pha có tác dụng tạo ra dòng điện bù để đưa lên lưới điện thông qua bộ phối hợp trở kháng được nối tiếp với bộ lọc thụ động Lc1Cc1.
Cấu trúc của khối điều khiển PI được trình bày như hình 4.3. Khối điều khiển PI bao gồm ngõ vào là mức điện áp DC-Link (Vdc = Vdc1 + Vdc2) và ngõ ra là mức tín hiệu thể hiện sự sai lệch giữa ngõ vào và điện áp chuẩn được cài đặt trước. Trong đó Kp= 80 và Ki = 0.002.
Hình 4.3 Cấu trúc của khối PI controller
Cấu trúc bên trong của khối bù PQ & I có các khối chuyển đổi Vabc, Iabc sang Valpha, Vbeta và Ialpha, Ibeta; khối tính tốn giá trị bù cơng suất và khối tính tốn giá trị bù dịng điện. Dòng tham chiếu và dòng bù thực tế sẽ được đưa đến khối điều khiển Hysteresis tạo tín hiệu PWM để kích hoạt cho các thiết bị chuyển mạch (IGBT).
44
Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc bên trong của khối Hysteresis