CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SVM CHO BBĐ MMC
3.9 Mô hình và kết quả mô phỏng MMC dựa trên thuật toán điều khiển dự báo dòng điện vòng và cân bằng điện áp tụ điện
3.9.3 Kết quả mô phỏng
Các thông số mô phỏng mạch lực cho BBĐ MMC áp dụng cấu trúc điều khiển Hình 3.34 được trình bày ở Bảng 2.3.
Dòng điện (A)
100 Pha A Pha B Pha C
50
0 -50 -100
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 3.44 Dòng điện ba pha phía xoay chiều cung cấp cho tải
Điệnáp (V)
4000 Pha A Pha B Pha C
3000 2000 1000 0 -1000 -2000 -3000
-4000 0 0.1 0.2
Thời gian (s) 0.3
Hình 3.45 Dạng điện áp ba pha phía xoay chiều chưa qua cuộn lọc
Điện áp (V)
1020 Nhánh
1000 trênNhánh
dưới 980
960 940
3
0 0.1 Thời gian (s) 0.2 0.
Hình 3.46 Dạng điện áp các tụ điện của nhánh trên và nhánh dưới pha A
85
Chương 3: Phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC
Dòng điện (A) 40 30 20 10 0 -10
0 0.1 Thời gian (s) 0.2 0.3
20
Pha A Pha B Pha C
20
Điện áp (V)
0.2 0.21
Hình 3.47 Dòng điện vòng trong ba pha của BBĐ MMC
0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6
0 0.1 Thời gian (s) 0.2 0.3
0 -0.2
Pha A Pha C
Pha B
0.2 0.215
Hình 3.48 Điện áp chênh lệch của nhánh trên và nhánh dưới các pha của MMC
Hình 3.49 Kết quả phân tích Fourier điện áp Hình 3.50 Kết quả phân tích Fourier dòng
đầu ra pha A điện đầu ra
Từ các Hình 3.44 và Hình 3.45 là kết quả dòng điện và điện áp pha các pha A,B,C của BBĐ MMC khi áp dụng SVM với việc lựa chọn vector điện áp gần nhất và sử dụng thuật toán điều khiển dự báo hạn chế dòng điện vòng. Hình ảnh cho thấy dòng
Chương 3: Phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC
điện, điện áp khi chưa qua bộ lọc cho các kết quả dạng sin chuẩn, đạt được ngay ở chu kỳ đầu tiên và không có quá độ xẩy ra trong suốt quá trình mô phỏng.
Hình 3.46 là kết quả của điện áp các tụ điện nhánh trên và nhánh dưới pha A, kết quả cho thấy tụ điện luôn dao động quanh vị trí định mức là 1000V, độ lệch khi hoạt động ổn định ở thời điểm 0,2s là 70V tương ứng 7% giá trị định mức.
Thực hiện đánh giá tổng độ méo sóng hài THD cho điện áp và dòng điện như Hình 3.49 và Hình 3.50, kết quả cho thấy chỉ số đánh giá THD của dòng điện trên tải là 0,6%, chỉ số THD cho điện áp là 6,76%. So với kết quả mô phỏng khi chưa có bộ điều khiển dòng điện vòng thì chỉ số THD của điện áp tăng, tuy nhiên chỉ số THD của dòng điện đạt mức rất thấp. Nguyên nhân THD dòng điện ix giảm là do dòng điện vòng ivx có liên quan đến giá trị dòng điện các nhánh iLx, iHx và dòng điện ix phía AC theo công thức (2.1) và (2.13). Khi thành phần sóng hài trong dòng điện vòng được suy giảm, thì dòng điện iHx, iLx có độ đập mạch giảm, khiến cho dòng điện ix được trơn tru hơn. Còn THD của giá trị điện áp vx tăng là do khi thực hiện thuật toán điều khiển dự báo MPC để cân bằng điện áp tụ điện, thời gian phóng nạp của tụ điện sẽ bị thay đổi so với quá trình chưa có bộ điều khiển ở phương pháp điều chế SVM trước đó. Đây là nguyên nhân khiến cho hệ số chèn tụ của SM là kHx
và kLx có sự thay đổi làm cho THD của điện áp tăng. Tuy nhiên, thuật toán điều khiển áp dụng vẫn đảm bảo giá trị THD của điện áp vx phía AC nằm trong giới hạn cho phép của yêu cầu đảm bảo thành phần sóng hài và mục tiêu đạt được là suy giảm được thành điện vòng ivx gần như chỉ còn lại giá trị một chiều và giá trị THD của dòng điện ix giảm xuống. Hình 3.47 là kết quả dòng điện vòng chạy trong mạch của cả ba pha, kết quả cho thấy dòng điện vòng khi hoạt động ổn định ở 0,2s có biên bộ dao động nhỏ, trị số trung bình là 25A, so với kết quả dòng điện trên tải trong Hình 3.44 thì trị số dòng điện vòng ở mức 25%. So với phương pháp điều chế SVM khi chưa có điều khiển dòng điện vòng thì kết quả này đã hạn chế đáng kể giá trị dòng điện vòng. Hình 3.48 là kết quả điện áp chênh lệch của nhánh trên và nhánh dưới của ba pha BBĐ, kết quả cho thấy sai lệch điện áp của hai nhánh luôn ở trị số rất thấp, điều này chứng minh thuật toán điều khiển đã tạo ra trạng thái cân bằng điện áp các nhánh trong mỗi pha MMC.
5 4 3 2
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 3.51 Hình dạng hệ số kopt trong hệ tọa độ dq
87
Chương 3: Phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC
4 2 0 -2 -4 -6
0 0.05 0.1
Thời gian (s)
Hình 3.52 Hình dạng hệ số kA, kB, kC trong điều chế SVM
1
0
-1
0 0.005 0.01
Thời gian (s)
Hình 3.53 Hình dạng hệ số điều chế dA, dB, dC trong điều chế SVM
15000 10000
5000
0
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 3.54 Hình dạng giá trị tối thiểu của hàm mục tiêu Jvmin
40 i
điệ(A) 30 vA
n 20
Dòng 10
0 -10
1020 v
(V) 1000 HA
Điệnáp 960980
940 v
LA
(V) 0.2
ápĐiện -0.20 v
diff_A
-0.4 -0.6
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 3.55 Giá trị thực của ivA, vHA, vLA, vdiff_A
Chương 3: Phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC
40 i
(A) vA
30
điện 20Dòng 10
0
-10 v
1020 HA
áp (V)
1000 980
Điện 960
940 v
LA
(V)
0.2
Điệnáp -0.20
-0.4 v
diff_A
-0.6
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 3.56 Giá trị dự báo của ivA, vHA, vLA, vdiff_A
Từ Hình 3.51 đến Hình 3.53 là hình dạng các hệ số trong phương pháp điều chế, kết quả cho thấy các hệ số được tính toán đúng với giá trị ổn định. Điều này kiểm chứng các chương trình lập trình trong phục lục phục lục 1 đã chính xác cho mô hình điều chế và điều khiển. Hình 3.54 là giá trị tối thiểu của hàm mục tiêu, kết quả cho thấy rằng giá trị hàm mục tiêu quá độ trong khoảng từ 0 đến 0,1s và sau đó đã ổn định trong suốt khoảng thời gian làm việc sau này. Hình 3.55 và Hình 3.56 là giá trị thực và giá trị dự báo của dòng điện vòng iv, điện áp trung bình trên tụ điện nhánh trên vH, điện áp trung bình trên tụ điện nhánh dưới vL, và điện áp chênh lệch vdiff_A của pha A. Kết quả cho thấy các giá trị thực và giá trị dự báo có hình dạng giống nhau. Điều này chứng tỏ thuật toán điều khiển dự báo giá trị điện áp trung bình trên tụ đã hoạt động đúng theo yêu cầu mong muốn, đã làm cho giá trị biến điều khiển ở thời điểm hiện tại bám giá trị dự báo ở thời điểm tương lai.
Các kết quả mô phỏng khi áp dụng thuật toán điều khiển dự báo dòng điện vòng luôn cho thấy hiệu quả điều khiển của phương pháp đề xuất, dòng điện vòng và giá trị điện áp chênh lệch luôn được điều khiển tốt. Kết quả này sẽ làm cơ sở để triển khai một số ứng dụng của bộ biến đổi MMC ở chương 4.