Slide 1 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ỨNG DỤNG CHO NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO THUYẾT TRÌNH CỦA NHÓM 4 Danh sách thành viên nhóm 5 Nguyễn Thành Đạt Nguyễn Văn Chí Cường Dương Minh Trí Phạm Hữu Hải Đăng Nguyễn Minh Trọng T.
Trang 1ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ỨNG DỤNG CHO
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Trang 2ĐIỀU KHIỂN BỘ CHUYỂN ĐỔI PHÍA LƯỚI TRONG TRƯỜNG HỢP SỰ CỐ
CHƯƠNG V
Trang 3MỤC LỤC:
• 5.1 Tổng quan các kỹ thuật điều khiển cho bộ
chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng
• 5.2 Cấu trúc điều khiển cho dòng điện mất cân bằng
5.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng điện không cân
bằng
5.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 55.4.1 Vị trí của vectơ hiện tại trong điều kiện
lưới không cân bằng
5.4.2 Giá trị tức thời của dòng điện ba pha
Trang 6MỤC LỤC:
5.4.3 Ước tính dòng điện tối đa trong mỗi pha 5.4.4 Ước tính điểm đặt công suất hoạt động và phản kháng tối đa
5.4.5 Hiệu suất của FPNSC
Trang 75.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
• Nghiên cứu từ đầu những năm 1990 đã hướng đến
việc kiểm soát dòng điện của các bộ chuyển đổi
điện nối lưới trong điều kiện điện áp lưới không
cân bằng Tập trung vào việc điều chỉnh dòng điện
xoay chiều được vẽ bởi một bộ chỉnh lưu hoạt động được thể hiện trong hình 10.1
Trang 85.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
Trang 9• Điện áp tại điểm kết nối của thiết bị điện tử hoạt
động này có thể được viết là:
5.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
Trang 10• Hình 10.1 dòng điện có thể được biểu diễn theo
phương pháp
5.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
Trang 11• Hoạt động của bộ chỉnh lưu hoạt động hình
10.1 trong điều kiện lưới điện không cân bằng
có thể được nghiên cứu bằng cách chỉ xem
xét tần số cơ bản trong các biểu thức công
suất sau khi cho m = n = 1
5.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
Trang 125.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
Trang 13• Công suất tác dụng và phản kháng tức thời
liên quan đến điện trở hoạt động hình 10.1
trong điều kiện lưới không cân bằng được viết
Trang 14• Biên độ của các cường độ công suất này có thể
được tính như sau:
5.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
Trang 15• Để đảm bảo điện áp đầu ra một chiều không đổi
trong điều kiện tải không đổi, cần phải tính toán bộ dòng điện xoay chiều thích hợp để đảm bảo công
suất hoạt động qua bộ chỉnh lưu có giá trị không
đổi và không có dao động công suất trong điều kiện lưới điện chung
5.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
Trang 16• Nhiều nghiên cứu về điều khiển bộ chỉnh lưu tích
cực trong điều kiện điện áp lưới không cân bằng
được thực hiện trong biểu thức ma trận sau:
5.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
Trang 17• Bằng cách đảo ngược ma trận có thể xác định một
giá trị nhất định của thành phần công suất tác dụng
và phản kháng với các điều kiện điện áp lưới đã
cho:
5.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
Trang 18• Song song với việc điều chỉnh dòng điện được đưa vào bởi các bộ chuyển đổi nối lưới để giữ cho công suất hoạt động không đổi trong điều kiện điện áp
không cân bằng Một giải pháp khác thay thế cho
các bộ điều khiển dòng điện dựa trên hệ quy chiếu
đồng bộ kép, các bộ điều khiển cộng hưởng hoạt
động trên hệ quy chiếu tĩnh đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả để điều chỉnh dòng điện
được đưa vào bởi các bộ chuyển đổi công suất nối
lưới trong điều kiện vận hành lưới điện không cân
bằng và bị méo
5.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
Trang 19• Các giải pháp khác không dựa trên điều khiển
hướng vectơ (VOC), chẳng hạn dựa trên bộ điều
khiển dòng trễ, phương pháp điều khiển công suất
trực tiếp và điều khiển dự báo dựa trên mô hình,
cũng có thể được sử dụng để điều khiển các bộ
chuyển đổi nguồn nối lưới hoạt động trong điều
kiện chung lưới điện Trong số các giải pháp này,
những giải pháp dựa trên độ trễ là mạnh mẽ và
cung cấp phản ứng động nhanh chóng
5.1 Các kỹ thuật điều khiển cho bộ chuyển đổi công suất trong trường hợp điện áp lưới mất cân bằng :
Trang 20• Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện là một vấn đề
then chốt trong thiết kế bộ chuyển đổi nguồn nối
lưới Khi có sự cố lưới điện, dòng điện vào rất khác với dòng được bơm vào trong điều kiện vận hành
bình thường Trong hệ thống một pha, sự cố lưới
điện làm phát sinh các biến đổi về biên độ và góc
pha của điện áp một pha tại điểm đấu nối của bộ
biến đổi điện Do đó, bộ chuyển đổi công suất cũng phải thay đổi biên độ và góc pha của dòng điện vào
để vượt qua sự cố
5.2 Cấu trúc điều khiển cho dòng điện mất cân bằng:
Trang 21• Sự cố trong hệ thống ba pha tạo ra điện áp không
cân bằng Tùy thuộc vào mục tiêu điều khiển, các
dòng điện được được đưa vào lưới có thể bao gồm các thành phần thứ tự nghịch Hầu hết các bộ điều
khiển hiện tại thông thường được sử dụng trong bộ biến đổi điện ba pha không thích hợp để bơm dòng điện không cân bằng, đặc biệt khi điện áp lưới
không cân bằng Sau đây, các cấu trúc điều khiển
được thiết kế đặc biệt để làm việc với dòng điện thứ
tự thuận và thứ tự nghịch sẽ được trình bày
5.2 Cấu trúc điều khiển cho dòng điện mất cân bằng:
Trang 22• Để điều khiển vectơ dòng điện, bao gồm các thành phần thứ tự thuận và nghịch là sử dụng bộ điều
khiển dòng điện dựa trên hai hệ quy chiếu đồng bộ,
ở tần số lưới cơ bản theo chiều dương và chiều
tương ứng Hình 10.2 mô tả cấu trúc của bộ điều
khiển này dựa trên hệ quy chiếu đồng bộ kép
Trang 235.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 24• Hình 10.2, các dòng điện được được biến đổi thành các hệ quy chiếu theo thứ tự thuận và thứ tự nghịch bằng cách sử dụng phép biến đổi Park, [Tdq+] và
[Tdq−]
• Bộ điều khiển PI thường được sử dụng để điều
chỉnh dòng điện vào Cần lưu ý các thuật ngữ để
tách tín hiệu dq(ωL) trên dãy dương và dãy âm có
dấu khác nhau do ngược dấu các hướng quay
5.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 25• Vectơ hiện tại được đưa vào lưới được cho bởi biểu thức sau:
5.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 265.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 27• Các biểu thức trong (10.21) và (10.22) là sự kết hợp chéo giữa các tín hiệu trục dq của cả hai hệ quy
chiếu đồng bộ Hiệu ứng ghép này được thể hiện
bằng một dao động 2ω chồng lên các tín hiệu DC
trên các trục dq, ω tần số lưới cơ bản Biên độ của các dao động 2ω trên dq
5.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 285.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 295.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 305.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 31• Bộ điều khiển PI không thể loại bỏ hoàn toàn các
dao động ở 2ω trong dòng điện đo được, điều này
làm phát sinh lỗi trạng thái ổn định khi theo dõi
dòng điện tham chiếu Hạn chế này được minh họa trong hình 10.5, trong đó các tín hiệu lỗi ở đầu vào của bộ điều khiển PI đã được vẽ biểu đồ ∆id,q+ và
∆id,q− Điều quan trọng cần nhấn mạnh là giá trị
trung bình của các tín hiệu lỗi bằng 0 đối với tất cả các thành phần dq, vì bộ điều khiển PI thể hiện độ lợi nhỏ đối với đầu vào DC
5.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 32• Giải pháp đơn giản nhất để làm giảm ảnh hưởng
của dao động 2ω bao gồm lọc dòng điện đo được
bằng cách sử dụng một bộ điều chỉnh rãnh (NF),
được điều chỉnh ở 2ω, như thể hiện trong hình 10.6
• Ảnh hưởng của bộ lọc rãnh đối với dòng điện được minh họa trong hình 10.7, trong đó các sai số dòng điện trên hệ quy chiếu thuận và nghịch được vẽ ở
biểu đồ Có thể nhận thấy rằng hiệu suất của bộ
điều khiển được cải thiện rõ ràng, do dao động 2ω trong sai số hiện tại không thể giảm đáng kể sau
một khoảng thời gian thoáng qua không đáng kể
5.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 33Hình 10.6 Bộ điều khiển dòng điện dùng khung tham chiếu đồng bộ kép sử dụng bộ lọc
Trang 34Hình 10.7 Tín hiệu lỗi trên bộ điều khiển khung tham chiếu đồng bộ kép (tín hiệu dòng
lỗi d màu đen và tín hiệu dòng lỗi q màu xám)
5.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 355.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 36• Hiệu ứng tương tự được tạo ra bởi bộ lọc rãnh, liên quan đến sự suy giảm của dao động 2ω, có thể đạt được bằng cách thêm các dao động 2ω của dòng
điện đo được vào dòng điện chuẩn Bằng cách này, tín hiệu đầu vào đến bộ điều khiển PI sẽ không có dao động Tuy nhiên, để tránh bất kỳ sự sai lệch
nào trong việc bỏ các dao động này, một bộ điều
khiển cộng hưởng, cũng được điều chỉnh ở 2ω,
được kết nối song song với bộ điều khiển PI ban
Trang 37• Do đó, có thể sử dụng một mạng tách chéo, để làm cho cả hai hệ quy chiếu độc lập với nhau Việc triển khai bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu
đồng bộ kép (DDSRF) tách rời này được thể hiện
trong hình 10.8, trong đó F đại diện cho bộ lọc
thông thấp bậc nhất
• Trong các tín hiệu lỗi hiện tại được thể hiện trong
Hình 10.9, trong đó tần số cắt của bộ lọc thông thấp được đặt thành ω f = ω / √2, bộ điều khiển dòng
điện DDSRF thể hiện động lực học tốt hơn bộ điều dựa trên bộ lọc rãnh
5.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 385.2.1 Bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép tách rời để bơm dòng
điện không cân bằng
Trang 39• Khi một bộ điều khiển đồng bộ dựa trên PI được
chuyển thành hệ quy chiếu tĩnh, bộ điều khiển cộng hưởng tỷ lệ (PR) sẽ thu được Do đó, cả hai đều
tương đương với nhau, nhưng chúng hoạt động trên các hệ quy chiếu khác nhau Bộ điều khiển đồng bộ dựa trên bộ điều khiển DC độ lợi nhỏ quay ở tần số
ω trên khung tham chiếu đồng bộ; trong khi đó, bộ điều khiển PR cố định thể hiện mức tăng vô hạn tần
số ± ω
5.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 405.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 41• Hình 10.11 Các tín hiệu lỗi trên bộ điều khiển dòng điện khung tham chiếu đồng bộ kép sử dụng mạng tách rời dựa trên tham chiếu và các tín hiệu lỗi
(tín hiệu dòng lỗi d màu đen và tín hiệu dòng lỗi q màu xám)
5.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 425.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 43• Bộ điều khiển đồng bộ sử dụng góc pha của điện áp lưới
làm độ lớn cơ bản, trong khi bộ điều khiển cộng hưởng sử dụng tần số lưới Do đó, bộ điều khiển đồng bộ cần xây
dựng hai vòng điều khiển đồng bộ để điều khiển dòng điện không cân bằng, một cho thành phần thứ tự thuận và một cho thành phần thứ tự nghịch, vì góc pha của cả hai thành phần thứ tự không tương quan Tuy nhiên, vì giá trị của tần
số lưới là như nhau đối với cả hai thành phần thứ tự, nên chỉ cần một bộ điều khiển cộng hưởng để điều khiển đồng thời
cả dòng điện thứ tự dương và âm Do đó, không cần mạng tách rời để xử lý đồng thời cả hai chuỗi
5.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 44• Sự tương đương giữa bộ điều khiển PI trên hệ quy chiếu
đồng bộ kép và bộ điều khiển PR trên hệ quy chiếu tĩnh
được thể hiện như sau Khi chỉ bộ điều khiển hệ quy chiếu dương được xem xét trong hệ thống được thể hiện hình
10.12 (a), biểu thức tiếp theo có thể được viết dưới dạng
5.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 45• trong đó được thể hiện cho tích chập trong miền thời gian ∗ Tương tự như vậy, đầu ra của bộ điều khiển khung tham
chiếu âm của Hình 10.12 (a) được cho bởi
• Trong miền Laplace, các hàm truyền của hai bộ điều khiển này trên hệ quy chiếu tĩnh được cho bởi
5.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 46• Trong đó các chức năng truyền tĩnh cho bộ điều khiển PI trên hệ quy chiếu tích cực và tiêu cực được coi là
5.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 47• Ma trận biến đổi [Tdq+] và [Tdq−] trong (10.27) và (10.28) tương ứng với biến đổi Park, như được chỉ
ra trong (10.19)
• Thêm hai hàm truyền từng phần trong (10,25) và
(10,26) cho bộ điều khiển hệ quy chiếu dương và
âm, biểu thức sau sẽ thu được:
5.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 48• Như thể hiện trong (10.30), hoạt động của bộ điều khiển khung tham chiếu đồng bộ dương và âm, cả hai đều sử dụng bộ điều khiển PI, tương đương với việc triển khai hai bộ điều khiển PR để loại bỏ lỗi hiện tại, một trên trục α và một trên trục β trục Các số hạng đường chéo trong ma trận hàm truyền của (10.30) bằng 0, điều này chỉ ra rằng không có sự chéo giữa các tín hiệu trên trục α và β tĩnh Phân tích được thực hiện trong phần này chứng minh rằng bộ điều khiển
PR trên hệ quy chiếu tĩnh có thể loại bỏ lỗi trên các thành phần thứ
tự thuận và nghịch đồng thời khi dòng điện không cân bằng được đưa vào bởi bộ chuyển đổi công suất Hơn nữa, sự đơn giản của bộ điều khiển PR kết quả khiến nó trở nên rất thuận lợi khi được triển khai trong các nền tảng điều khiển kỹ thuật số vì gánh nặng tính toán thấp của nó Hình 10.12 (b) cho thấy sơ đồ thực hiện một bộ điều khiển dòng điện dựa trên PR trên hệ quy chiếu tĩnh αβ
5.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 495.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 50• Các tín hiệu lỗi dq phát sinh từ bộ điều khiển đồng bộ khi đưa dòng điện tham chiếu giống như trong các trường hợp nghiên cứu trước đó được thể hiện trong Hình 10.13, trong khi các tín hiệu lỗi αβ cho bộ điều khiển PR được thể hiện trong Hình
10.14 Bộ điều khiển PR và bộ điều khiển đồng bộ tương
đương của nó đạt được sai số trạng thái ổn định bằng 0 và thể hiện phản ứng động nhanh, có thể so sánh với một số phản hồi tốt nhất thu được với bộ điều khiển dòng điện đồng bộ tách rời
đã nghiên cứu trước đây.
5.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 515.2.2 Bộ điều khiển cộng hưởng cho dòng điện không cân bằng
Trang 52• Trong phần 5.3, các phương pháp khác nhau để xác định dòng điện được theo dõi qua bộ chuyển đổi
điện nối lưới để đạt được hiệu suất cụ thể sẽ được trình bày Phân tích sẽ được thực hiện trong phần sau sẽ xem xét các bộ biến đổi điện ba pha nối lưới chung, hoạt động như một bộ biến tần hoặc bộ
nghịch lưu, để điều chỉnh tức thời của công suất và phản kháng
5.3 Kiểm soát công suất trong điều kiện lưới điện mất cân bằng
Trang 53Trước khi tiến hành các phát triển tiếp theo, một số giả định được đưa ra như sau:
• Nguồn năng lượng cung cấp công suất thông qua
bộ biến tần thể hiện động lực chậm, do đó sản
lượng năng lượng có thể được coi là không đổi
trong suốt chu kỳ lưới điện
• Công suất tác dụng và phản kháng tức thời được cung cấp bởi bộ biến đổi nối lưới cũng có thể được coi là không đổi trong mỗi chu kỳ lưới, tức là p = ∗
P và q = Q.∗
5.3 Kiểm soát công suất trong điều kiện lưới điện mất cân bằng