CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU PHÍA LƯỚI
1.4 Hệ thống chỉnh lưu PWM
Hình 1.7b là sơ đồ tương đương của chỉnh lưu tăng áp PWM của sơ đồ hình 1.7a. Trong đó, L và R là giá trị cảm kháng và điện của cuộn cảm phía lưới.
𝑢𝑢𝑠𝑠 là điện áp trên đường dây, 𝑢𝑢𝑑𝑑 là điện áp của bộ biến đổi, có thể điều khiển được từ phía DC. Biên bộ của 𝑢𝑢𝑠𝑠 phụ thuộc vào điều chỉnh hệ số của VSC và
Chương 1. Nguyên lý điều khiển nghịch lưu phía lưới
Luận văn Thạc sỹ khoa học | 24
Hình 1.7. Sơ đồ tương đương chỉnh lưu PWM 3 pha cho phép dẫn dịng theo 2 chiều
Hình 1.8. Đồ thị vecto của chỉnh lưu PWM a) chế độ chỉnh lưu với hệ số công suất đơn vị, b) nghịch lưu với chế độ công suất đơn vị
Cuộn kháng L liên kết giữa bộ biến đổi PWM đầu vào với lưới là thành phần khơng thể thiếu, đóng vai trị khâu tích phân của mạch chỉnh lưu, vừa là nguồn dòng của mạch đầu vào để cung cấp đặc tính tăng áp cho bộ biến đổi. Dòng điện lưới, cũng là dòng trên bộ biến đổi PWM, 𝑖𝑖𝑑𝑑 được điều khiển bởi điện
Chương 1. Nguyên lý điều khiển nghịch lưu phía lưới
Luận văn Thạc sỹ khoa học | 25
áp rơi trên cuộn cảm L, liên kết 2 nguồn áp (lưới và bộ biến đổi PWM). Điều này có nghĩa rằng điện áp 𝑢𝑢𝐼𝐼 bằng chênh lệch điện áp giữa điện áp lưới 𝑢𝑢𝑠𝑠và
điện áp bộ biến đổi 𝑢𝑢𝑑𝑑. Khi điều chỉnh góc pha ε và biên độ điện áp bộ biến đổi
𝑢𝑢𝑑𝑑 thì dịng điện lưới 𝑖𝑖𝑑𝑑 cũng gián tiếp được điều khiển. Ở phương pháp này, giá
trị trung bình và dấu của dịng DC sẽ được điều khiển và tỷ lệ thuận với dòng công suất tác dụng qua bộ biến đổi. Công suất phản kháng sẽ được điều khiển độc lập với sai lệch gữa dòng điện ở tần số cơ bản 𝑖𝑖𝑑𝑑 so với 𝑢𝑢𝑠𝑠. Hình 1.8 biểu diễn đồ thị vecto của chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu trong trường hợp hệ số công suất cosφ = 1. Hình vẽ dưới đây sẽ chỉ ra điện áp 𝑢𝑢𝑑𝑑 sẽ cao hơn trong trường hợp phát năng lượng so với chế độ chỉnh lưu.
Hình 1.9. Dịng cơng suất ở chỉnh lưu PWM tích cực
Dĩ nhiên, một hệ thống trên thực tế cũng tồn tại các tổn thất:
- Mất mát do đóng cắt các van bán dẫn công suất (transistor công suất),
- Tổn thất trên cuộn kháng L phía xoay chiều (AC-side),
Chương 1. Nguyên lý điều khiển nghịch lưu phía lưới
Luận văn Thạc sỹ khoa học | 26
Phương pháp điều chế vector không gian SVM:
Điều chế vecto không gian( SVM) là phương pháp thường xuyên được sử
dụng để thực thi PWM trong các bộ biến đổi ba pha với trung tính cách đất. Nó cho phép chúng ta khơng chỉ đơn giản hóa cấu trúc điều khiển và còn khai thác tối đa phần cứng của bộ biến đổi.
Theo phép biến đổi Park, một hệ thống ba pha bất kỳ, điện áp hoặc dịng điện đều có thể biểu diễn qua một vecto trên mặt phẳng tọa độ αβ0như sau: 2 2 ( . . ) 3 a b c V = V +a V +a V (1.2) Với 2 3 1 3 2 2 j a e j π = = − +
Hình 1.10. Lược đồ nghịch lưu cầu 3 pha
Trong sơ đồ nghịch lưu áp 3 pha, các van điều chỉnh phải tuân theo những luật nhất định đó là khơng được ngắn mạch nguồn 1 chiều đầu vào và không được hở mạch bất kỳ pha nào đầu ra. Khơng được ngắn mạch nguồn 1 chiều đầu vào vì sẽ sinh ra dịng lớn phá hủy van, Khi van điều khiển không nối một pha
Chương 1. Nguyên lý điều khiển nghịch lưu phía lưới
Luận văn Thạc sỹ khoa học | 27
đầu ra nào đó với thanh dẫn của nguồn một chiều, dịng vẫn có thể phải chạy qua các điot dẫn đến điện áp ra phụ thuộc vào tải, nghịch lưu khơng cịn là nghịch lưu áp như mong muốn. Do những lẽ đó chỉ có 8 trạng thái van tương ứng với 8 vecto được phép biểu diễn theo bảng dưới đây:
Vecto Va Vb Vc V100 VDC 0 0 V110 VDC VDC 0 V010 0 VDC 0 V011 0 VDC VDC V001 0 0 VDC V101 VDC 0 VDC V111 VDC VDC VDC V000 0 0 0
Ý tưởng của SVM thì rất đơn giản: một vecto điện áp đầu ra mong muốn được biểu diễn trong hệ tọa độ αβ thu được từ việc tổng hợp các vecto đầu ra
của nghịch lưu như được cho trong bảng để giá trị trung bình của nó tại thời điểm cuối q trình điều chế bằng với giá trị mong muốn.
Chương 1. Nguyên lý điều khiển nghịch lưu phía lưới
Luận văn Thạc sỹ khoa học | 28
Hình 1.11. Sự tạo thành vecto điện áp bởi sự xếp chồng các vecto đầu ra bộ biến đổi
Vecto mong muốn *
Vαβ
được xác định giới hạn bởi hai vecto biên của vecto trạng thái đầu ra nghịch lưu, chẳng hạn là V100
và V110
trong hình 2.15. Độ dài của mỗi hình chiếu V1 và V2 của V*αβ
lên các vecto chuẩn sẽ xác định một
phần δ của thời gian điều chế cũng chính là thời gian xuất hiện của mỗi vecto
đầu ra theo công thức sau:
1 2 1 2 100 110 ; V V V V δ = δ = (1.3)
Bên cạnh đó là sự xuất hiện của vecto điện áp zero với khoảng thời gian
3
δ trong chu kỳ điều chế sao cho thỏa mãn:
δ δ1+ 2+δ3 =1 (1.4)
Do đó điện áp ra trung bình của nghịch lưu V0 sẽ được cho bởi:
* 0 1 100 2 110 3 111 1 2
V =δV +δ V +δ V = +V V =Vαβ (1.5)
Để thực hiện các thủ tục như trên u cầu một số lượng tính tốn lớn. Trong mỗi chu kỳ điều chế chúng ta cần phải:
• Xác định hai vecto biên và secto mà vecto *
Vαβ
Chương 1. Nguyên lý điều khiển nghịch lưu phía lưới
Luận văn Thạc sỹ khoa học | 29
• Xác định biên độ của V1 và V2.
• Tính tốn các giá trị δ1, δ2 và δ3 theo công thức (1.4) và (1.5).
Tất nhiên cách tốt nhất để có thể đơn giản hóa các thủ tục này là lập trình tính tốn trên các bộ vi xử lý hoặc các bộ xử lý tín hiệu số DSP, đây là lý do tại sao SVM luôn luôn liên quan đến điều khiển số.