Chương 3: ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG
3.5 Xây dựng thuật toán điều khiển
3.5.3 Thuật toán điều khiển dựa trên hệ trục tọa độ tĩnh αβ
Sự khác nhau cơ bản của thuật toán điều khiển trên hệ tọa độ tĩnh αβ so với thuật toán điều khiển trên hệ tọa độ quay dq ở chỗ, thuật toán điều khiển trên hệ tọa độ quay dq sử dụng góc pha của điện áp lưới như là đại lượng cơ bản để thực hiện, trong khi thuật toán điều điều khiển trên hệ tọa độ tĩnh αβ sử dụng tần số lưới. Mặt khác, thuật toán trên hệ tọa độ tĩnh αβ kết hợp thực hiện điều khiển riêng rẽ các thành phần thứ tự thuận, nghịch điều khiển điện áp) và cả điều khiển độc lập hai biến vô hướng αβ điều khiển dòng điên), trong khi thuật toán điều khiển trên hệ tọa độ quay chỉ điều chỉnh độc lập hai biến vô hướng d và q. Thuật toán điều khiển được thể hiện thông qua đồ thị vector hình 3.22 sau đây.
Hình 3.22 Đồ thị vector mô tả nguyên lý làm việc của bộ điều khiển SDR
e+β e+βα
eβ
e-β β
eβα
e-βα
e-α α
e+α eα
68
hình 3.22 ký hiệu eαβ là vector không gian của điện áp trong trường hợp mất cân bằng, Vector này là tổng hợp của hai vector điện áp thành phần điện áp thứ tự thuận eαβ+
và thứ tự nghịch, eαβ-
.
Thuật toán điều khiển trên hệ tọa độ tĩnh αβ có mối quan hệ chặt chẽ với bộ điều khiển được lựa chọn sử dụng đó là bộ điều khiển cộng hưởng tách riêng thành phần thứ tự SDR kết hợp với bộ điều khiển cộng hưởng PR. Bộ điều khiển SDR có khả năng lựa chọn thành phần thứ tự để điều khiển, tức là nó có thể điều khiển ''độc lập'' đối với thành phần thứ tự thuận eαβ+
hoặc đối với thành phần thứ tự nghịch e,αβ-
, trong khi bộ điều khiển PR lại có khả năng điều khiển ''đồng thời'' cho cả hai thành phần thứ tự thuận và ngược. Hai bộ điều khiển cộng hưởng SDR và PR có ưu điểm lớn là chúng có khả năng bám các tín hiệu có chu kỳ với tần số được lựa chọn và từ chối các tín hiệu nhiễu loạn. Hai bộ điều khiển có khả năng đưa ra một hệ số khuếch đại vô hạn ở tần số nhất định, còn được gọi là tần số cộng hưởng. Do đó, nó có thể được sử dụng như một bộ lọc notch để bù cho những hài một cách rất chọn lọc. Từ đặc điểm của hai bộ điều khiển nên trong cấu trúc điều khiển trên hệ tọa độ tĩnh αβ với hai vòng điều chỉnh thì bộ điều khiển SDR được lựa chọn làm bộ điều khiển điện áp còn bộ điều khiển PR làm bộ điều khiển dòng điện. Với cấu trúc như vậy sẽ phát huy những lợi thế của bộ điều khiển, đơn giản hóa cấu trúc điều khiển, giảm bớt tính toán và cải thiện được đặc tính động học của hệ thống.
Các phương trình toán học mô tả thuật toán điều khiển được thực hiện như sau:
- Bộ đi u chỉnh d ng điện
Từ phương trình 3.35 ta xây dựng phương trình mô tả bộ điều chỉnh dòng điện khi áp dụng bộ điều khiển cộng hưởng PR như sau:
)) ( ) ( ( )
( ) 1
( *
* i k i k
T G L k u k
u f f
s f PR inj
inv
(3.53) Trong đó: GPR- Là hàm truyền bộ điều khiển cộng hưởng.
- Bộ đi u chỉnh điện áp
Từ phương trình 3.36 ta xây dựng phương trình mô tả bộ điều chỉnh điện áp khi áp dụng bộ điều khiển cộng hưởng SDR cho thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch như sau:
))) ( ) ( ( ))
( ) ( ( (
) ( ) 1
( * *
* u k u k
T G C k u k T u
G C k i k
i inj inj
s TTN f SDR inj
inj s TTT f SDR inj
f
(3.54)
Trong đó.
TTT
GSDR- Là bộ điều khiển cộng hưởng đối với thành phần thứ tự thuận.
TTN
GSDR- Là bộ điều khiển cộng hưởng đối với thành phần thứ tự nghịch.
Cấu trúc bộ điều chỉnh dòng điện và bộ điều chỉnh điện áp được triển khai từ phương trình (3.53) và 3.54) như ở hình 3.23 và hình 3.24.
Hình 3.23 Cấu trúc bộ điều chỉnh dòng điện Hình 3.24 Cấu trúc bộ điều chỉnh điện áp trên hệ tọa độ t nh αβ trên hệ tọa độ t nh αβ
GSDR TTT
GSDR TTN
+ +
+ + + +
+ + +
+ -
-
ifα*
uinjα* uinjα
iinjα
ifβ*
uinjβ*
uinjβ iinjβ
+
+ + + +
+ -
-
uinvα*
ifα* ifα uinjα
uinvβ*
ifβ*
ifβ uinjβ
GPR
GPR
69
Tổng hợp cấu trúc điều chỉnh cho cả hai vòng trên hệ tọa độ tĩnh αβ được thể hiện ở sơ đồ của Hình 3.25.
Hình 3.25 Sơ đồ cấu trúc điều khiển của bộ khôi phục điện áp động trên hệ tọa độ t nh αβ Vòng điều chỉnh điện áp thành
phần TTT-TTN
+ +
+
+ + +
-
-
uinjα* iinjα
uinjβ*
uinjβ iinjβ
+
+ +
+ -
-
uinvα*
ifα*
ifα uinjα
uinvβ*
ifβ*
uinjβ GPR
GPR ifβ
Điều chế vector không gian
uF,abc Điều chế vetor
không gian
uLβ*- uLα*+
ugβ- ugα+
iinj(abc) uinj(abc)
ug(abc)
uinj(abc) if(abc)
uL*(abc)
abcαβ
abc αβ
Chuyển đổi
a c/αβ_PLL Vòng điều chỉnh
dòng điện
PLL
GTTT SDR
GTTN SDR
70
Hình 3.26 Sơ đồ cấu trúc điều khiển DVR trên hệ tọa độ t nh αβ
L o a d Grid
~ us,a
us,b
us,c
ig,a ig,b
ig,c iinjabc
uinjabc
uinjabc
=uca
ifabc bc
Lf
n.uinja
CDC + udc - uinvabc
DC-link capacitor
Energy storage
PWM
ugabc
/ n
BĐK VSC
Cf
~
~
ug,a
ug,b
ug,c
uLa
uLb
uLc
Zs,a
Zs, b Zs,c
Vòng điều chỉnh điện áp thành phần TTT-TTN
Vòng điều chỉnh dòng điện
GSDR TTT
GSDR TTN
+ +
+
+ + +
+
-
-
uinjα* iinjα
uinjβ*
uinjβ iinjβ
+
+ +
+ -
-
uinvα*
ifα*ifα uinjα
uinvβ*
ifβ*
uinjβ GPR Vòng
điều chỉnh dòng
điện GPR
ifβ
uLβ*-
uLα*+
ugβ- ugα+
iinj(abc )
uinj(ab
c)
ug(abc)
uinj(abc) if(abc)
PLL
uL*(abc)
abcαβ
abcαβ
Chuyển đổi a c/αβ_PLL