CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI MMC
2.4 Mô phỏng các phương pháp điều chế cơ bản cho MMC
Bảng 2.3 Thông số mô phỏng BBĐ MMC
STT Thông số bộ biến đổi Ký hiệu Giá trị
1 Điện trở tải R 70
2 Điện cảm tải L 5.10-3H
3 Điện trở nhánh Ro 0,5
4 Điện cảm nhánh Lo 4,2.10-3H
5 Tụ điện trên mỗi SM C 100F
6 Điện áp một chiều VDC 6000V
7 Số SM trên mỗi nhánh N 6 SM
8 Điện áp trên tụ VC 1000V
9 Tần số cơ bản f 50Hz
10 Tần số điều chế PWM fmPWM 5000Hz
11 Tần số điều chế SVM fmSVM 5000Hz
12 Tần số điều chế NLM fmNLM 300Hz
13 Tần số trích mẫu trong điều khiển MPC fMPC 5. 10-6Hz
14 Hệ số điều chế m 0.95
15 Công suất hệ thống S 500 kVA
Mô phỏng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm chứng khả năng làm việc của BBĐ và thuật toán điều khiển điều chế đã phân tích và thiết kế. Quá trình mô phỏng cho hệ thống BBĐ được thực hiện trên phần mềm Matlab/Simulink. Trong mục này, thực hiện mô phỏng các phương pháp điều chế NLM, PWM, áp dụng cho BBĐ MMC lần lượt được kiểm chứng, chứng minh quá trình hoạt động của BBĐ MMC với phương pháp điều chế cơ bản. Các phương pháp được thực hiện cho BBĐ MMC với cùng một điều kiên mô phỏng như nhau. Các thông số mô phỏng cho bộ biến đổi MMC được trình bày trong Bảng 2.3. Điều kiện để xác định sự thống nhất
Chương 2: Mô hình hóa bộ biến đổi MMC
giữa lý thuyết và mô phỏng là việc thực hiện các phương pháp điều chế trong điều kiện không có trễ và sự hoạt động lý tưởng của các van IGBT.
2.4.1 Mô phỏng phương pháp điều chế NLM cải tiến cho BBĐ MMC Kết quả mô phỏng:
Điệnáp(V)
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 2.21 Điện áp nhánh trên và nhánh dưới pha A của MMC
Điệnáp (V)
4000 3000 2000 1000 0 -1000 -2000
- 300 0 -40 00
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 2.22 Dạng điện áp ba pha phía xoay chiều chưa qua cuộn lọc
Dòngđiện(A)
0 0.1 0.2 0.3 Thời gian (s)
Hình 2.23 Dòng điện ba pha phía xoay chiều cung cấp cho tải
Điệnáp(V)
1000 980 960 940 920 900 880
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 2.24 Dạng điện áp các tụ điện của nhánh trên và nhánh dưới pha A
Dòng điện (A) 100 Pha A Pha B Pha C
50 0 -50 -100 -150
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 2.25 Dòng điện vòng trong các pha của bộ biến đổi
41
Chương 2: Mô hình hóa bộ biến đổi MMC
Hình 2.26 Kết quả phân tích Fourier điện áp đầu ra AC
Hình 2.27 Kết quả phân tích Fourier dòng điện trên tải
Các hình từ Hình 2.21 đến Hình 2.25 là các kết quả mô phỏng BBĐ MMC khi áp dụng phương pháp điều chế NLM cải tiến. Kết quả mô phỏng trong khoảng thời gian 0,3s tính từ thời điểm BBĐ bắt đầu làm việc đến thời điểm 0,3s. Kết quả Hình 2.21 cho thấy điện áp mỗi nhánh của BBĐ có dạng bậc thang với 7 mức điện áp.
Hình 2.22 và Hình 2.23 là kết quả điện áp và dòng điện đầu ra phía xoay chiều chưa qua lọc tín hiệu, kết quả cho thấy dòng điện và điện áp có dạng bậc thang bám theo quỹ đạo hình sin, kết quả phân tích Fourier cho dòng điện và điện áp ở Hình 2.26 và Hình 2.27 cho thấy rằng, chỉ số THD của dòng điện là 4,14% và của điện áp là 5.33%. So với kết quả phần tích trong tài liệu [45] nghiên cứu với 20SM trên mỗi pha, thì chỉ số THD của điện áp gần 3% và chỉ số THD của dòng điện tăng 3,35%.
Nguyên nhân của việc tăng các chỉ số THD là do số lương SM trong mạch lực mà luận án sử dụng ít hơn và thông số mạch lực sử dụng một kịch bản với các phương pháp điều chế khác. Hình 2.24 và Hình 2.25 là hình dạng của điện áp các tụ điện trong pha A và dòng điện vòng chảy trong mạch các pha A, B, C của BBĐ. Thấy rằng điện áp tụ điện luôn được cân bằng và dao động quanh giá trị 930V, biên độ dao động lớn nhất khi BBĐ hoạt động ổn định là 30V, lệch so với giá trị định mức 40V. Biên độ dòng điện vòng có trị số 70A và có độ đập mạch lớn. Các kết quả này đã cho thấy BBĐ MMC hoạt động với kết quả đầu ra tốt khi sử dụng phương pháp điều chế NLM cải tiến. Tuy nhiên giá trị dòng điện vòng lớn vẫn là một nhược điểm của phương pháp này. Cần phải điều chỉnh các thông số tụ điện và giá trị các cuộn cảm nhánh để có thể áp dụng phương pháp điều chế NLM cải tiến được tốt hơn.
2.4.2 Mô phỏng phương pháp điều chế PS-PWM cho BBĐ MMC
42
Chương 2: Mô hình hóa bộ biến đổi MMC
Điệnáp(V)
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 2.28 Điện áp nhánh trên và nhánh dưới pha A của MMC
Điệnáp (V)
40
(A) 20Dòngđiện
0 -20 -40
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 2.29 Dòng điện ba pha phía xoay chiều cung cấp cho tải
3000 2000 0 -2000 -3000
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 2.30 Dạng điện áp ba pha phía xoay chiều chưa qua cuộn lọc
Điệnáp(V)
1020 Điện áp các tụ nhánh trên Điện áp các tụ nhánh dưới
1010 1000
990 980
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 2.31 Dạng điện áp các tụ điện của nhánh trên và nhánh dưới pha A
Dòng điện (A)
30 Pha A Pha B Pha C
20 10 0 -10
0 0.1 0.2 0.3
Thời gian (s)
Hình 2.32 Dòng điện vòng trong mỗi pha của BBĐ MMC
Chương 2: Mô hình hóa bộ biến đổi MMC
Hình 2.33 Kết quả phân tích Fourier điện Hình 2.34 Kết quả phân tích Fourier của
áp đầu ra pha A dòng điện đầu ra
Từ Hình 2.28 đến Hình 2.32 là các kết quả mô phỏng BBĐ MMC khi áp dụng phương pháp điều chế PS-PWM. Kết quả mô phỏng trong khoảng thời gian 0,3s tính từ thời điểm BBĐ bắt đầu làm việc đến thời điểm 0,3s. Kết quả Hình 2.28 cho thấy điện áp mỗi nhánh của BBĐ có dạng bậc thang với 7 mức điện áp.
Hình 2.29 và Hình 2.30 là kết quả dòng điện và điện áp đầu ra phía xoay chiều chưa qua lọc tín hiệu, kết quả cho thấy dòng điện và điện áp có dạng hình sin, kết quả phân tích Fourier cho dòng điện và điện áp ở Hình 2.33 và Hình 2.34 cho thấy rằng, ở chế độ xác lập chỉ số THD của dòng điện là 0,95% và của điện áp là 14,2%.
Kết quả cho thấy rằng, THD của dòng điện đã đảm bảo được chỉ tiêu chất lượng sóng hài cho phép, THD của điện áp có giá trị lớn và không đáp ứng được chỉ tiêu về chất lượng sóng hài, nguyên nhân chủ yếu của giá trị này là số mức điện áp chưa đủ lớn để dạng điện áp ra của BBĐ để mỗi bậc điện áp có giá trị đủ nhỏ. So với kết quả phân tích ở tài liệu [19] nghiên cứu với 8 SM trên mỗi pha, thì chỉ số THD của điện áp tăng 4,2 %, tuy nhiên chỉ số THD của dòng điện giảm 4,8%. Tuy nhiên, kết quả so sánh này chỉ mang tính tương đối vì hai nghiên cứu khác nhau về thông số và cấu trúc mạch lực.
Hình 2.31 và Hình 2.32 là hình dạng của điện áp các tụ điện trong pha A và dòng điện vòng chảy trong mạch các pha A, B, C của BBĐ. Thấy rằng điện áp tụ điện luôn được cân bằng và dao động quanh giá trị 1000V, biên độ dao động lớn nhất khi bộ biến đổi hoạt động ổn định là 13V tương ứng với 1,3% giá trị định mức. Biên độ dòng điện vòng có trị số là 26A và có dạng trơn tru. Các kết quả này đã cho thấy BBĐ MMC hoạt động tốt khi sử dụng phương pháp điều chế PWM.