Luận văn nghiên cứu hệ thống Điều khiển statcom sử dụng bộ biến Đổi Đa mức kiểu cầu h nối tầng

Đề tài nghiên cứu phương pháp cân bằng điện áp trên các tụ DC trong hệ thống STATCOM cầu trúc cầu II nỗi tầng ở hai phương pháp điều chế là điều chế véc tơ không gian SVM va.. Các cấu tr

TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KIIOA IIÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu hệ thông điều khiến Statcom

sử dụng bộ biên đôi đa mức kiêu cau H

Ke ga noi tang

NGUYÊN NGỌC BẢO

Bao.NNCB180130@sis hust.cdu vt

'Ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hoa

Giảng viên hướng dẫn: TS Vii Hoang Phuong

Chil ky ela GVHD

HÀ NỘI, 10/2020

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ộc lập — Tự do— Hạnh phúc

'Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Ngọc Bảo

biển đối đa mức kỉ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mi sd SV: CB180130

Tac gia, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bố sung hiện văn theo biên bản họp Hội đổng ngày

30/10/2020 với các nội dụng sau:

1 Mô phỏng kịch bản bố sưng đề cho thấy trao đối công suất phân kháng

giữa STATCOM và lưới diện

3 Đã lâm rõ vận để ï =0 (trang 43,43) và trang kết quả mô phống ở

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO CONG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRUONG DH BACH KHOA HÀ NỘI Doc Hip - Tu da- Hanh phic

LUAN VAN THAC ST

lọ và tên học viên: Nguyễn Ngọc Báo

khỏa:20183 Viện: Diện Ngành: Kỹ thuật điều khiển và bự động hóa

1 Tên đề tài:

Nghiên cứu phương pháp điều khiển cho thiết bị bù lẽm điện áp nguồn trong

công nghiệp Nghiên cứu hệ thống điều khiển Statcom sử dụng bệ biển đổi đa mức kiểu cảu H nồi tang

2 Nội dụng dễ tài:

Nghiên cứu hệ thống điều khiển Stateom sử đụng bộ biển đổi đa mức kiểu cầu H nỗi tầng, từ dỏ đẻ xuất phương pháp diều khiến phù hợp

3 Giáo viên hướng dẫn: 18 Vũ Hoàng Phương

4 Thời gian giao để tài: 23/04/2019

4 Thời gian hoàn thành: 29/09/2030

Ngày 26 tháng 11 năm 2020 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

ĐỂ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu hê thống điều khiển Siatcom sử dụng bộ biển đổi da mức kiểu

sầu H nỗi ng

Giáo viên hưởng dẫn

Ký và shỉ rõ họ tên.

văn của em Đông thời tôi cũng cin cảm ơn những sự gếp ý quý giá của tập thế

FT Lab trường Dại học Bach Khoa Ila Néi da hd tro rất nhiều cho táo giả đề tải nay

nhất là dạng gầm nhiều cần H nổi tiếp với nhau ở phía xoay chiêu, với un

lớn nhất lả tỉnh mô-dun hóa cao Đề tài “Nghiên cứu hệ thống diểu khiển

cân bằng điện áp trên tụ câu trúc câu H nếi tẳng trong STATCƠM Bến cạnh việc

thực hiện yêu cầu đó, để tài nghiên cứu thiết kế các mạch vòng diều chỉnh dòng, điện và điện áp để kết nói hệ thống STATCOM với lưới điện Đề tài nghiên cứu

phương pháp cân bằng điện áp trên các tụ DC trong hệ thống STATCOM cầu trúc cầu II nỗi tầng ở hai phương pháp điều chế là điều chế véc tơ không gian (SVM) va digu ch

GinPWM) Các cấu trúc thiết kế điều khiển được kiểm chứng

trên MATLAB/Simulink

Tín hiệu điện áp thu được khi mô phỏng kiêm chứng đã cho thay tính hiệu

quả của thuật toán cân bằng, điện áp trên tụ này, giữ chơ độ sai lệch điện áp giữa các tụ trong một phạm vì cố định cho phép, Nó hoàn toàn kh thú với những mach nghich lưu có số lượng mức lớn, giảm được đêng k

Qua hiận văn nảy, tôi đã ứng đụng được các phương pháp điều ché PWM, xnô hình hóa mô phỏng, thuật toán cân bằng điện áp trên tụ vào #LATCOM cầu,

TH nếi tổng, thực thủ thành công trên MATT.AB-Simulink

HỌC VIÊN

Ky va ghi rõ họ tên

1.3 Hệ thống STATCOM câu trúc cảu H ni tần „10

13.1 STATCOM dựa trên nghịch lưu đã mú 10 13.2 Nguyên lý hoạt động và điều khién SIATCOM 12

223 Xúc định hệ số điều chế ¬—.- 220

224 Xác đỉnh mức điện ấp cho mỗi phá - 23

2.3.1 Nguyên nhân gay ot ¢ ving điện áp trên

232 Cân bằng điện áp trên tụ trong điều chế sinPWM

kể LỤ

2.3.3 Cân Dũng điệnáp trên tu trong điều chế §VM

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HÓA VÀ CẤU TRÚC TU KHIỂN NGHỊCH LƯU ĐA MỨC NÓI LƯỚI

3.2 Mô hình hóa nghịch lưu ba pha đa mức cầu H nỗi lưới 37

3.3 Thiết kế mạch vòng đòng điện bên trang - - 40

3.4 Thiếtkễ mạch vòng điện áp bên ngoài Al

CHƯƠNG 4 MÔ PHÒNG TRÊN MATLAR-SIMULINK

4.1 — Sơ đề cấu trắc môphỏng ¬

4.3 Kể quả mô phỏng sử dung phương pháp điền chế SVM 46

4.3 Kết quả mô phỏng sử dụng phương pháp điều chế sin PWM 49

4.4 Đánh giả kết quả mô phống

DANH MỤC HÌNH VỆ,

Hinh 1.1 Giản đỗ véc tơ công suất của lưới điện

Tình 1.5 Trạng thải hấp thụ công suất phân kháng của bộ bủ - 9

Hình 1.7 Nghịch lưu đa mủ

Hinh 1.8 Câu trúc cầu H thứ k của pha A

Hình 1.9 Cau trie STATCOM dua theo câu urúc nghịch lưu da mức

âu H ndi Ling 1

Tình 3.1 Minh họa phương phap dich pha séng mang 14

Tình 2.3 Sơ đồ khói điệu chế SVM - 16 Tình 2.4 Nghịch lưu ba pha N cầu H nói tẳng 16 Hinh 2.5 Vi tri ede véc Lo chuẩn gũa câu H nối tang - 18

Hình 2.6 Ba hệ tọa đỗ không vuông góc tạo nên các góc phần sáu "¬".- Tình 2.7 Gia ti ky, kụ của mỗi tam giác Irong một sector

Hình 2.8 Tổng hợp véc tơ diện áp dặt từ ba véc tơ dinh của tam giác

Hình 2.9 Mẫu xung diễu chế SVM cho tam gidc con loại Dị, Dạ trong scotor I,

Hình 2.13 Mạch vòng điều khiển điện áp trung bình các tụ giữa các phá, -e, 30

Tinh 2.14 Sơ đỏ điều khiển điện áp trung bình của các tụ pha A 31 linh 2.15 Mạch vòng điều khiển điện áp tụ thứ ra của mỗi pha west 32 Tlinh 2.16 So dé diéu khién vong kin cho điện áp tụ thử m của pha A

Llinh 2.17 So đỗ cầu trúc cầu H thử k của pha A "

Tlinh 3.1 Cầu trúc điêu khiến STATCOM: ~ - 37

Tlinh 3.2 Sơ đồ nghịch lưu ba pha n câu TT nỗi tang ndi lưới 37

Hình 3.3 Sơ đồ tương đương nghịch lưu ba pha n câu H nồi tẳng nối lưới 38

Tỉnh 3.4 Cầu trúc điên khiển dong dién Al

Hình 4.1 Mõ hình hé théng STATCOM cầu H nói tầng trên MA'TLAB-Simulinkc

Tình 4.3 Câu trúc khâu thay đốt hệ số công suất 45

Hình 4.5 Dang điện áp đầu ra trên pha A,B,C trong điền chế SVM AT

Tình 4.6 Biện áp đặt và điện áp trung bình trên các Lụ DC - AT

inh 4.8 Thanh phan đêng điện ¿, jyeoty cece sesstsercsneeisntsseevenetine seve AB

Hinh 4.9 Céng suat phan khang bi lên lưới diện 48 Tình 4.10 Dang điện áp trên tự khi chưa có khâu cân bằng diện áp tụ 48 Hình 4.11 Dạng diện áp trên tụ khi cỏ khẩu cân bằng điện áp tạ 49 Hinh 4.12 Kết quả phân tích sóng bài dòng điện chạy qua cuộn câm liên kết khi

sử dụng khâu cân bằng điện áp trén tu - - 49

Hinh 4.13 Dang dién ap va dong điện trên lưới server 50 Hinh 4.14 Dang didn ap diu ra trén pha A,B,C trong diéu ché Sin PWM 50 Hinh 4.15 Dign ap dit va diện áp trung bình trên các tụ DC -ae ST

Hình 4.17 Thanh phan dong dign i, jyoip cece seinen: 52

Hình 4.18 Công suất phản kháng bù lên Indi dién ˆ

Hình 4.19 Dạng diện áp trên tụ khi chưa có khâu cân tăng di diện áp tụ

Hình 4.20 Dạng điện áp trên tụ khi co khau cân bằng diện ap tụ

Tình 4.21 Kết quả phân tích sóng hải ding diện chạy qua cuộn cảm liên kết khi

DANH MỤC BẰNG BIẾU

láng 1.1 Giá trị và mức điện áp ra tương ứng với các trạng thái van LÌ

Bang 1.2 So sánh số hrợng linh kiện giữa các loại cầu trúc - - 12

Bang 2.1 Thuat toán xác định sector

Đăng 22 Hệ số, thời gian điển chế cho m:

Bang 3.4 Các véc Lơ trạng (hải trong cae sector

Bang 2.5 Trạng thải mức các pha tương ứng với các véc tơ didu ché sector 1.28 Đảng 2.6 Trạng thải mức các pha tương ứng với các véc tơ điều chế ở scctor II 28 Bang 2.7 Sự thay đổi giá trị điện áp của tạ ở một câu H trong, từng trạng thái 33

Bảng 2.8 Trạng thái cỏ thể phục vụ cân bằng điện áp tụ trong pha Á nghịch hưu 7

CHUONG 1 TONG QUAN VE STATCOM

1.1 Đặt vẫn để

Cùng với sự phát triển của xã hội, yếu tổ năng lượng rất dược chú trọng,

đặc biệt Hà điện năng, Điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng IIệ thêng sẽ hoạt động ồn định nấu điện áp được đuy trì

trong một phạm vi cho phép Tuy nhiên, khi xuất hiện các kích động như thay déi đột ngột thông số hệ thống hay tăng tải đội ngôi, hệ thống sé di vào trạng Thái

khang én định Lý đo là vì các thay đối đó khiển cho hệ thống không được đáp

từng đú nhu cầu công suất phản kháng can thiết, có thể làm giảm điện áp, nặng hơn là rơi ra ngoài phạm vị cho phép và không thể diều khiển được

Thành phản công suất tác dụng P là thành phần sirbi ra công có Ích cho các phụ tải, thành phần công suất phản kháng Q là thành ph

từ trường trong máy phát hoặc do các loại tải có tính cảm gây ra, và là thành

phan quan trọng đổi với cáo đái cảm, công suất nảy góp phần tạo nên từ trường

trong trường hợp khỏi động tôi loại nảy Nếu công suất phân kháng Q mà bảng không, đồng nghĩa với các tải loại này không khỏi động được

Người ta đánh giá chất lượng, truyền tải điện năng thông qua hệ số cos

Thông thường, từ cáo nhà máy phát điện khi phát điện lên lưới thì hệ số

coso sẽ khá cao (gần bằng 1), Về phía tải, do đa phan các tải sử dụng trong, lưới

điện sinh hoại cũng như sẵn xuất là các loại tài cần có năng lượng từ trường (Q)

6 thể khối động cũng như làm việc được, nên tạo ra nhu cầu về công suất Q

rất lớn Để dáp ứng như câu này, lưới điện sẽ phải dưa một lượng công suất Q dễ

phục vụ cho lãi này Ki Q tăng đồng nghĩa với hệ số công suất cose giảm

Giải pháp kĩ thuật để nâng cao chất lượng truyền tải, đồng thời vẫn đăm bão

có đủ công suất phần kháng Q đáp ứng như cầu cho các loại tái có tính cảm, lá sử dụng thiết bị bù công suất phân kháng lên lưới điệu Khi phụ lãi cần dùng đến công suất Q thi nd sé lấy công suất nay ở một nguồn ngoài thay vì lẫy ở lưới

điện, khi phụ tãi không cản đến công suất Q thì công suất này sẽ được ngắt ra

Hình 1.1 Giản đồ véc tơ công suất của lưới điện Một số lợi ích của việc bù công suất phản kháng có thẻ kế đến như:

~_ Giảm tên hao công suất trong quá trình truyền tải điện

~ _ Giảm sụt áp trên đường dây

- Tang kha nang mang tai cia đường dây

- Tang kha nang van hanh ctia may bien ap,

1.2 Hệ thống bù đồng bộ tĩnh— STATCOM

12.1 Các phương pháp bù công suất phan khang

Một số cách điển hình cho việc bù công suất phản kháng như:

- Ding tu điện tĩnh

- Dang may bu dong bé

- Ding cae thiét bi bi FACTS (Flexible Alternating Current Transmission

System):

Bộ bù đồng bộ tĩnh nội tiép Static Synchronons Series Compensator

Bộ bủ bằng tụ mắc nổi tiếp điều khiển bằng Thyristor Controlled Series Capacitor (TCSC),

Bộ điều khiển đồng thời dòng công suất hợp nhất Unified Power Flow

Controller B6 bi tinh (SVC: Static Var Compensator) B6 bit déng bé tinh STATCOM (Static Synchronous Compensator)

Trong các cách bù trên thỉ sử dụng các thiết bị FACTS là vượt trội hơn với

đô nhanh nhạy, chính xác vả điều khiển linh hoạt Trong FACTS, cau trúc

STATCOM có nhiêu ưu điểm Những lợi ích mà STATCOM mang lại như:

~_ Tăng khả năng truyền tải công suất

~ _ Giảm tổn thất trên đường dây

Dé tai này sẽ tập trung vào nghiên cứu hệ thông STATCOM cho lưới điện trung thể

1.2.2 Bé bi déng bé tinh - STATCOM

- Khai niém:

STATCOM (Static Synchronous Compensator) hay còn được gọi là bộ bù

đồng bộ tĩnh, được nói song song với lưới điện và có vai trò như một nguồn đèng phân kháng Nó là một thiết bị chuyển đổi điện áp một chiều DC thành điện áp

phục tốt hiện tượng nhấp nhảy điện áp, nâng, cao hệ

số công suất và lọc sóng hài gây ra bởi phụ tãi

STATCOM dược dinh nghĩa với bạ thành phần cầu trúc hoạt động

Tinh: Dựa lrên các thiết bị chuyên đổi trạng thái rắn không có thành phần

quay

Đông bộ: Tương từ như một máy đồng bộ lý tưởng với điện áp ba phá hình

sin tại tin sé co ban

Bey Cung cap công suất phan khang

- Cau trúc:

Hinh 1.2 va Hinh 1.3 lần lượt thể hiện cầu trúc một pha của STATCƠM và

câu trúc ba pha STATCƠM, gốm có nguồn diện một chiều V„,, bộ chuyển dỗi từ điện áp một chiều sang xoay chiều VSC (Voltage Source Couverter), es là nguồn điện áp lưới một pha, cuộn câu TL nối giữa điên ap dau ra bộ biến đổi và điện áp

Hinh 1.3 Céu tric STATCOM ba pha

Tiộ chuyên đổi điện áp một chiều sang xoay chidu VSC có thể là nghịch lua

ba pha thông thưởng hoặc nghịch lưu đa mức

-_ Nguyên lý hoạt động:

6 VSC thay đổi công suất phán kháng bằng cách điều khiến góc pha vả độ

lớn của diện áp đầu ra bộ VSC (Hình 1.4), tử đó có thể diễu khiển cho hệ thống, STATCOM phát hoặc hập thụ công suất từ lưới Cụ thể, điều khiẩn điện áp của STATCOM củng pha với điện áp hệ thông nhưng có biên độ lớn hơn khiến đồng công suất phản kháng chạy từ #TATCOM vào hệ thống, qua dỏ nâng cao diện áp

hệ thống lên Ngược lại, nêu điều khiến điện áp của STATCOM thâp hơn điện ap

§

hệ thông thi dong công suất phần kháng chảy tử hệ thống vào 8§TATCOM, do vậy hạn chế quá điện áp trên lưới điện

Tĩình L4 Mô tả hệ thông STATCOM

Hình 1.4 mô tả hệ thống STATCOM kết nói với lưới điện, trong do:

V, và 6, là biên độ và góc pha của điện áp lưới

V, và 6, là biên độ và góc pha của điện áp đầu ra bộ biển đổi VSC

X là điện kháng kết nối giữa lưới và bộ bù

ö là góc lệch pha giữa diện áp lưới và điện áp bộ bù

Trong chế độ hoạt động ồn định điện áp phát ra bởi STATCƠM V, là cùng pha với V.(ä— 0), do đó chỉ eỏ công suất phản kháng truyền tải Dằng cách điển

khiến điện áp V, tạo ra bởi VSC củng pha với điện áp V, của lưới nhưng có

biên độ lớn hơn khiến dong phan khang (1,) chạy từ STATCƠM vào lưới, lúc

nay động điện l„ hoạt đông như một điện dung cung cấp công suất phân kháng

lên lưới, qua dỏ nâng cao điện áp lưới lên

Ngược lại, nêu điện áp V; tạo ra bởi VSC có biên độ thấp hơn điện áp V,

của lưới khiến dòng phân khang (I, } chay tử lưới vào STATCOM, lúc nảy dòng điện [„ hoại đông như một điện câm tiêu thụ công suấi phân kháng từ: lưới, qua

đó hạn chế quá điện áp trên lưới điện Nếu điện áp V, tạo ra bởi VSC và điện áp lưới Vị bằng nhau thì không có trao đổi công suải phần kháng,

Linh 1.6 Trang thải phát công suất của bộ bù

TIệ thống STATCOM có các ưu điểm như thời gian phản ứng nhanh, có khả năng bỗ sung công suất phản kháng trong thời gian thực, có thẻ phát vả hắp thạ công suất phản kháng Hiện tượng nhấp nháy điện áp trong lưới diện xảy ra khi các phụ tải lớn hoại động Nhấp nháy điện áp ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ

của các thiết bị điện vả các phụ tái đôi hỏi độ chính xác cao khi hoạt động, từ đỏ

làm giảm hiệu quả sắn xuất, Hệ thống S[ATCOM cũng cấp công suất phản

kháng liên tục, do vậy dễ đàng khắc phục sự cố đao động diện áp, giúp côi thiện

chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn cụ thể

1⁄3 Hệ thẳng STATCƠM cấu trúc cầu H nấi tầng

1.3.1 STATCOM dựa trên nghịch lưa da mức cầu H nối tầng

Nghịch lưu đa mức có một số câu trủc phê biến như: Dạng đi-ốt kẹp NPC

(Diode Clamped Multilevel Inverter); Dang dimg tu điện thay déi Flying

Capacilor Multilevel Inverter); Dang gheép tang cau A (Cascade Trverter),

Cầu Inte nghich lưu da mức câu H nội tang cd những uu điểm vượt trội so

với các câu trúc nghịch lưu đa mức khảo như:

- _ Tiết kiệm số lượng linh kiện bán đẫn (Bảng 1.2),

- Dé dang thay đổi số mức nghịch lưu

- Có thể ứng dụng trong những hệ thống công suất km

-_ Độ méo sóng hải thấp

'Một bộ nghịch lưu đã mức cầu H nối tầng được tạo thành từ tuột loại các bộ biển đổi cầu một pha (gọi là cầu TT) N tu II có một nguồn DC riêng biệt Nghịch lưu này có thể tạo ra dạng điện áp gần giống hình sim từ một số nguồn

DC như pin năng lượng mặt trời, pin nhiên liệu, tụ điện

THình 1.7 Nghịch lưu đa mức ÁN cầu 1Ï nối tằng

Hình 1.9 Cấu bc cầu H thứ k của pha A

Bảng 1.1 Giá trì và miức điên áp ra trơng ủng với các trang thái van

st Trang thai van v Mite

Sait | Saco Sanz | Sana ‘| dién ap

Mỗi cầu chữ II có thể tạo ra ba cắp điện áp khác nhau trên đầu ra là +Vạ,, 0

và -V„ bằng cách thay đổi các trạng thải dong ct của bón van bán dẫn Tắt cả các nguồn DC có thể có giá trị bằng nhau heặc khác nhau theo một quy luật nhật định Diện áp đầu ra của nghịch lưu M mức là tổng tất cả các giả trị đầu ra của các mach cầu Nếu tắt cá các nguồn DC có giả trị bằng nhau thì với nghịch lưu M antic, dang sóng diễn áp dau ra có một mức Ô là chung khi tất cả các cau H déu

cho đầu ra bằng 0 Với một nghịch lưu có N cầu H ở mỗi pha thì số mức sẽ là MEO@.N+I) Ví dụ có 1 cầu II thì là 3 mức, 2 cầu 11 thì là 5 mức, 3 câu II thi là 7

antic, Bang cách sử dụng các nguồn DỮ có giả trị khác nhau, ta có thể tạo ra nhiều cấp điện áp ở đâu ra bằng các phương pháp điển khiến phù hợp

Tình 1.9 Cấu túc SEATCOM dựa theo câu trúc nghịch tine ẩn mức câu H noi téng

Bang 1.2 So sảnh số lượng linh kiện giữa các loại cẤu trúc

động tới chất lượng sóng hài của dòng điện đầu ra STATCOM

1.3.2 _ Nguyên lý hoạt động và điều khiển STATCOM

Như đã để cập ở trên, khi điều khiển được góc lệch pha 5-0, việc điều khiển CSPK Q thông qua điều khiển điện áp đâu ra nghịch lưu Thực hiện điều khiển diện áp dau ra ba pha trong, hé toa dé Oxy rat khó khăn, do dó ta sẽ chuyển: sang hệ toạn độ 0dq để điều khiển, khi đó các biến điện áp và dòng diện là rộL

chiên

ay

Mea daw

tình 1.16 Biểu diễn véc tơ điện áp lưới trên các hệ trục toa độ

Điều khiển SLATCOM bao gồm hai yêu cầu: thứ nhất lả điều khiển cân bằng công suất giữa phía DC và phía xoay chiều AC, dược thực hiện thông qua

mach vòng điện áp bên ngoài; thử hai là điều khiển đồng phản kháng và dòng tác

dụng thông qua mạch vòng dòng điện bên trong Các mạch vỏng nảy đều sử dựng

bộ điễu khiến PL

“Hình 1 11 Cần trúc điều khiểm SLAITCOA

Thay đối lượng dặt công suất phân kháng Q`, ta sẽ thay dỗi dược lượng dat

í- dễ phục vụ chơ yêu cầu bủ công suất phản kháng của STATCOM.

CHƯƠNG 2 NGHỊCH LƯU ĐA MỨC CÂU H NOI TANG VA CAC

PHUONG PHAP DIEU CHE PWM

2.1 Thuật toán điều chế sinPWM

Phương pháp điều chế PWM ứng dụng cho các bộ biến đổi đa mức được thực hiện bằng cách so sảnh tin hiệu chuẩn với sỏng mang dạng tam giác cỏ tần

số cao để cấp xung đưa vào điều khiển đóng cắt các van trong mạch lực của bộ biển đổi Trong kỹ thuật điều chế PWM, cỏ hai kỹ thuật phô biến lả dịch mức

sóng mang và dịch pha sóng mang

Hệ số điều chế biên độ (AMD): là tỉ số giữa biên đô của tin hiệu sin chuẩn

Trong đó: U,,_, là biên độ tín hiệu sin chuẩn

U,, cy 1a bién d6 song mang,

Hệ số điều chế tần só: lả tỉ số tần số sóng mang và tân số tín hiệu chuân

(22)

Trong đó: †„„ là tân số tin hiệu sin chuẩn

f, la tan s6 song mang

- Phuong phap dich pha song mang (phase-shifted)

Phuong pháp nảy dựa trên việc dịch pha sóng mang để so sảnh với điện ap

sin chuẩn Góc dịch pha 9 giữa 2 sóng mang liên tiếp được tính: 9=18Œ /N (N

là số lượng cau H trong mỗi pha),

- Phuong phap dich mite séng mang

Phương pháp dịch mức sóng mang cỏ ba kiêu:

PD (Phase Disposition): tất cả các sóng mang đều củng pha

APOD (Altemative Phaseopposite Disposiion): bỏ trí ngược pha luân phiên, hai sóng mang kế cận liên tiếp nhau dich pha 180°

POD (Phase Opposite Disposition); Cac sóng mang kẻ cận liên tiếp nhau nằm bên trên vả bên dưới trục zero sé cing pha với nhau, hai song mang nam

trên trục Zero ngược pha với nhau biêu diễn dạng điện áp ra V„_ ứng với phương,

pháp điều chế sóng mang kiểu PD, hai kiểu sóng mang cỏn lại cũng cho dang

ọ 005 001 005 00 005 003 005 00M

Hình 2.2 Ba kiéu dich mite sóng mang

2.2 Thuật toán điều chế véc tơ không gian (SVM)

Khi thực hiện điều chế véc tơ không gian (SVM) cho nghịch lưu đa mức

điện áp, chất lượng điện áp ra tốt hơn, độ đập mạch sóng hải nhỏ hơn, tận dụng

điện áp một chiêu tốt hơn Nhưng phương pháp SVM cỏ lượng tính toản lớn hơn

sinPWM, nhất là trong nghịch lưu đa mức khi số mức tăng lên thi số lượng tỉnh toán tăng lên rất nhiều

Hình 2 4 Nghịch lưu ba pha N cau H noi tang

Sơ đỏ nghịch lưu ba pha, mỗi pha tạo bởi N cầu H nồi tang duge bieu dién

trên Hình 2.4 Giả thiết các nguồn một chiều có giả trị bằng nhau vả cách ly hoàn

toản với nhau, tải ba pha là cân bằng Điểm trung tỉnh tải là Z„ điểm trung tỉnh

của nguồn là N cũng là điểm cách ly

Với nghịch lưu M mức N câu H nổi tầng, giả trị điện áp ở mỗi pha ra lả

Veo Vai E{A,B,C} tường ứng với 3 pha, bye |} SL 0:1 S|

lả mức điện áp ra của môi pha Đối với các mức điện áp từ H4 đến

(“' ¬) sẽ có nhiều hơn một lựa chọn mức điện áp ra của các câu H đề thu

16

được mức điện áp mong muốn trên mỗi pha, các trạng thải diện áp như vậy gọi là

= (Var | Yan ! Your) (25)

Biéu dién hé thdng điện áp ba pha tir hé toa dd Oabe sang hệ tọa độ 0œ]:

Thuận tiện chơ các tính toền sau này, việc quy chuẩn véc tơ điện áp đặt theo | Tà

cân thiết, khi đó các thành phân của v trong hệ tọa độ Oc sé trở thành

(28)

Đặc điểm cửa mạch cầu H nói tầng là tạo ra rất nhiều mức trạng thái khác

nhau Với mỗi bộ giá trị trạng thái của các cầu H, ta sẽ tìm được một véo tơ điện

ap chuẩn vụ tương ứng trong mặt phẳng tọa dộ 00 theo ( 2.6 ) Trong một mạch nghịch lưu M mức, có tổng cộng (3M” 3M 1) véc tơ chuẩn

ở a, cial lp PA: 4; số

Hinh 2.5 Vj tri cde véc to chuẩn của cẩu H nồi tang

Ta nhận thấy các điểm cuéi ctia cae vée to chuan cach déu nhau, t6 hop ba điểm gan nhat tạo thành một tam giác đều Tập hợp tắt cả những tam giác đều nảy tạo nên một hình lục giác đều Do đó, việc chia mặt phẳng 0œƒ thảnh sau

góc phân sáu sẽ thuận tiên cho việc tính toán xác định vị trí véc tơ điện áp đặt

Với số lượng mức tăng lên, số lượng tam giác trên mặt phẳng véc tơ cũng

sẽ tăng lên Việc tính toán sẽ trở nên đơn giản hơn nêu sử dụng tính đổi xửng của

hệ thông véc tơ không gian trong m6i goc phan sau Khi đỏ véc tơ điện ap đất

được tổng hợp từ hai hình chiều của nó trên các trục tọa độ giới hạn của mỗi góc phan sau

2.2.2 Xác định vi tri của véc tơ điện áp đặt

Véc tơ điện áp đặt sẽ nằm trong một trong sáu góc phần sảu (một seetor)

Đầu tiên, ta cần xác định hình chiều của véc tơ điện áp đặt v lên hai véc tơ biên

của góc phân sáu Các gỏc phân sáu được tạo nên bởi ba hệ tọa độ không vuông

góc (Zax, Zay), (Zax, Zay), (Zax, Zay), như trên Hình 2.6,

Hình 2.6 Ba hệ tọa độ không vuông góc tạo nên các góc phân sảu

Hình chiêu của véc tơ điện áp đặt trên các véc tơ biên được tính thông qua

ma trận biến đổi hệ tọa độ Mụ, Mạ, Mạ như sau:

Dat bién tung gian timp — ace khi đó các phương trình chuyển đổi hệ lọa

độ như (2 11 ) có thể được thay thể bởi thuật toán sau:

“Bảng 2.1 Thuật taán xác dah sector

Dễ tổng hợp nên véc tơ điện áp đặt, ta phải xác định các véc tơ chuẩn là

thành phản cầu tạo nên nó Trong nội dụng này, ta tổng hợp véc tơ điện áp dặt từ

3 véc tơ chuẩn tạo thành tam giác mnả véc tơ điện áp đặt này đang chỉ tới

Trong đó, ký =| z,,| |,ky ={ zị,|| là phân nguyên của các trị tuyệt đối của

các tọa đồ tương (mg.

Hink 2.7 Gta ti ke, ky cita wit tam gide wrong mot sector

Với mỗi cặp giá tri (k,.k,), vée to diện áp đặt có thé chi tới một trong hai

tam giác, ví dụ thus hai véc lơ vụ và vạ lrên Hình 2.8 Để xá

nảo, ta dua véo cp gid tri (m,.m,) Véc tơ điện áp đặt chí tới tam giác thứ nhất

Zia

Tinh 2.8 Téng hop vée to dién ap đặt từ ba véc tơ định của tam giác

2.2.3 Xác định hệ số điểu chế

Vệc tơ điện áp dau ra mong muén được lỗng hợp từ ba vác tơ đính ứng với

tam giác mà nó đang chỉ tới Phương pháp này oó thể đăm bảo thành phân sóng hải tốt nhất cho dạng điện áp đầu ra Mỗi tam giác con đêu có dạng thuộc về một

tính thoi có dạng như Hình 2.8, định là các véc tơ trạng thai P,.P.,P;.P,

Tuy trật tự áp dụng các véc tơ trạng thải trong một chủ kì điều chế T; không,

Anh hướng đến độ lớn và góc pha của véc tơ điện áp ra nhưng việc sắp xếp các véc tơ này lại có ý nghĩa quan trọng trong đâm bảo thánh phần sóng hài cũng như

số lần chuyển mạch bắt buộc của các van bán dẫu Đối với điều chế véc tơ không, gian cho nghịch hưu 2 mức (nghịch lưu thông thường), phương pháp điều chế Lam giác đối xứng chỉ sử đụng hai vé tơ biên và véc tơ không, sao cho thời gian

đùng véc tơ không được chia đều làm bai phần, ở đầu và cuối mỗi nửa chu kỉ diéu chế, ở nửa sau của chu ki diễu chế thì thứ tự thực hiện vée to sé ngược lại, thi sé tôi uu về thành phân sóng hài trên điện áp ra

Đối với điều chế vớc lơ không gian cho nghịch hưu đa tức, biên pháp tương tự đâm bão tối tru về thánh phan sóng hài cũng có thể thực hiện được Tuy nhiên, không, phái lức nảo cũng cỏ thành phẩn véc tơ không trơng một chủ kỉ

điều chế Khi đó, ta sẽ phải lựa chọn một véc to

tr dung như véc tơ không,

nghĩa là thời gian dùng véc tơ này chỉa làm hai nữa bằng nhau trong mỗi nữa chủ

‡i điều chế Như vậy, trong mỗi nữa chu ki điêu chế, ta sử đụng 4 trạng thài khóa

cho 3 véc tơ trạng thái, trong dó trạng thái dẫu và cuối ứng với củng một véc tơ

và có thoi gian sử đựng được clna đều làm hai nữa

Để áp dụng tương tự như nghịch lưu bai mức cho sơ đổ nhiều mức, có tÌ

tình đụng véc to không gian của nghịch lưu đa mức cũng gồm nhiễu lục giác nhỏ shu ca so dé hai mite va vée tơ ở tâm của lục giác nhỏ này đóng vai trò như véc

tơ không Gọi loại tam giác thỏa mãn m +m, <] là loại Dị, loại tam giác thóa

infin m, +m, >1 1a loai Dy, Xél trong các sector 7, TT, V, vớc tơ v chỉ tới Lam

giác loại Dạ thì có thứ tự chuyển mạch tôi ưu là p, p, p, n„ (đâu Lớp, để

phân biệt với p, vì trạng thái múc đã thay đổi), chỉ tới lam giác loại Dy thi co thir

tự chuyên mạch téi uu la p,—P,—P, —P., Xét trong, cae sector LL, 1V, V1, vec

tơ y chí tới tam giáo loại Dị thì có thử tự chuyển mạch tỗi ưu là Bị — Pạ—B: — Bị,

chỉ tới tam giác loại D; thì eó thứ tự chuyên mạch tếi tu là p, P., H, Pị,

21

Tinh 2.9 Mau xing điều chả SEM cha tam giác con loạt D;, D; trong sector I HỊ

Bảng 2.2 Hệ số, thời gian điễu chế cha mỗi véc tơ chuẩn khi v rong setor 1 HH,

Bảng 2.3 L1ệ số, thời gian điều chế cho mỗi véc to chuẩn Ki v trong sector I, IF VI

2.2.4 Xác định mức điện áp cho mỗi pha

Ba hé toa độ không vuông góc (Za‹, Zay), (Zas, Zay), (Zse, Zy) cũng chính là tọa độ 0gh khi quay các góc 60° và 120° theo chiêu ngược chiêu kim đồng hỗ với

trục ø trủng với trục ơ và hai trục g và h tạo với nhau góc 60°,

- Xae dinh cae vee tơ trạng thai ¢ sector |

Ở góc phần sau thứ nhất, sử đụng hệ tọa độ không vuông géc (4), 41)

Từ (2118), có thể thấy nêu lây CV, là độ đài cơ số của các véc tơ trạng

thal, do k,,k,,k, là các số nguyên nên tọa độ của các véc tơ

233

[k¿„k, ]—[(k, —kạ ):(ky —k, )] là cáo số nguyên Biểu điễn trên mặt phẳng toa

độ thì đính của các véc tơ sẽ tạo nên các tam giác đều có cạnh bằng 1 Mỗi véc to

có thể từng với ít nhất là một trạng thải mức Có những véc tơ ủng với nhiều hơi

xột bộ trạng thải mức kháo nhau cho ba phụ, những véc lơ này gợi là những véc

to trang thai đứr Nếu lây tọa độ k„=k, trong đó k phải thỏa man diéu kiện

Md MT ta độ vee ur lang thái trên hệ toa độ (a, b, c} là

- _ Xáo định các vóc tơ trạng thải ở seetor II

Ở góc phần sáu thứ hai, sử đụng hệ tọa độ không vuông góc (Zaz, Zay)

[(k, k;}(ks kạ})] là các số

nguyên Tương tự như cách lâm đối với gác phản sảu thứ nhất, dễ chuyển sang

độ nguyên nên tọa dộ của cáo véc tơ [k,,k,

34

hé 10a dé (a, b, c) cd thé cho ky —k, trong đó „ TÔI suy Tả CÁC

toa dé kp, ke, tuy nhiên ổ đầy ta số chọn kp - k rỗi suy ra cóc lọa độ côn lại

- Xáo dịmh các véc tơ trạng thải ở secler TIT

Ở góc phân sau thử ba, sử dụng hệ tọa dộ không vuông góc (4s, Z3,)

Vẫn lấy <V,, 14 d6 dài cơ sở của các vóc tơ trang Uidi, k,,K,,k, 1a các tọa 3 3

độ nguyên nên tọa độ của cáo véc tơ [k,,k, |— [(k; —k; };(E, —k, )] là oác số nguyên Nếu lấy tọa độ kg=k, trong do Mo <k< Mo thi toa độ véc tơ

trạng thái trên hộ tọa độ (a, b, cj là

k,| [k-k,—k,

Trong đó:

——— +k, +k, sks >

Như vậy, các biểu thức ( 2.193, (3.24 ), (2.28 ) dùng để chuyển tọa độ cá

vée to trang thai từ hệ tọa độ (g, h) sang hệ toa độ (a, b, e) Các điều kiện (2

235

(2.36), (2.29 ) có dạng giống hệt nhau Đại lượng k tạo diễu kiện thuận lợi dễ

liệt kê ra hết các tổ hợp bang thai van (k,,Eạ,k„) cho cùng một véc lơ với lọa

độ [kk]

- ac dinh các véc tơ trạng thai ¢ sector IV, V, VI

8ector LV đôi xứng với sector | nén ta co:

NIbms: NI at LRAT Kel |e) | kok, oe

Trong tất cả các scelor, điều kiện ( 2.22 } vẫn giữ nguyên

Dặt kụ =k, +k,, như vậy điều kiện ( 2.22 ) có dạng như sau:

Các kết quả trên đây được tổng hợp trong Bang 2.4

26

Tiảng 2 # Các véc to trạng thái trong cức sacfor

Tinh 2.11 Dã thụ véc to trạng thải cho nghich lint ba pha 5 mite cd LI néi tang

Để đâm bảo yêu cầu về số lần đóng cắt van là nhỏ nhất, thì mỗi lần chuyển véc tơ chí có một pha điện áp ra có mức điện áp phái thay đổi (cụ thể là tăng giá

trị mức thêm 1 don vị) Theo yêu câu này, ta xác định được giả trị múc trên mỗi

chế ở các

pha Lương ứng với lừng véc lở lrạng thái trong các nữa chủ kì d

sector.

Bảng 2 5 Trạng thái mite các pha tương ứng với các vác ro điều chỗ ở xector Ï

Như vậy, trạng thái mức của các pha tương ứng với từng véc tơ diều chế cụ thể ở trong các secter đều đã được xác định

2.3 Cân bằng diện áp trên tụ

2.3.1 Nguyên nhân gây mắt cân bằng điện áp trên các tụ

Cân bằng điện áp cho các tụ một chiêu luôn là một vẫn dé phải đặt ra đối với các bộ nghịch lưu da mức 'Irong thực tế, giả trị các nguồn một chiều cách ly không thể luôn luôn bằng nhau Có những lí do dẫn dén điện ép trên các lu sẽ

amAt can bang nhu sau:

-_ Giá trị điện dung của các ta một chiều có sai lệch về trị số Vi đụ tụ hóa được chế tạo nhỏ biến với sai số cho phép 10% là bình thường

-_ Nếu các nguồn DC cách ly được lav bởi các sơ dễ chỉnh lưu qua các

là những nguyên nhân dẫn đến mắt cân bằng điện áp một chiêu

-_ Nếu nguồn môi chiều là các nguồn sơ cấp, ví dụ như nguồn được lấy lừ

hệ thông pin mặt trời (những khoảng mây, nắng khác nhau trên rừng

tâm pin năng lượng rnặt trời), thì sai lệch giữa chúng là điều tất yếu

Mất cân bằng điện áp trên các tụ một chiều sẽ làm suy giám chất lượng

sóng hải diện áp dâu ra nghịch lưu vá diễu nay là không thể chấp nhận duge Do

đó, cấm bằng điện áp lrên các tụ là một vẫn dé quan trọng dỗi với bộ nghịch lưu

đa mức Vẫn dé Tray CŨng Xây Ta đổi với STATCƠM cầu lúc cầu H nồi lãng, làm

giám chất lượng sóng hải của điện áp đầu ra phía nghịch hưu

Déi với bộ nghịch lưu 3 mức câu II nối ting, méi pha chi gdm mét cau IL,

do đó cầu cân bằng điện áp trên cáo tụ giữa các pha Nhưng với những bộ nghịch

éu hon một cau H De

cùng một pha và cần bằng điện áp các tụ giữa các pha

2.3.2 _ Cân bằng điện áp trên tụ trong điều chế sinPWM

2.3.2.1 Cân bằng điện áp các tụ giữa các pha

n áp các tụ giữa các pha klu được thực luện sẽ

ụ rong cùng 1uột phá bằng với diện áp trung

tụ trong cả ba phá của bộ STATCOM Đẻ thuận tiện cho việc thiết

kế điều khiển, ở đây ta coi cụm các cầu l1 nỏi tẳng trong củng znột pha như một

bộ biên dỗi một pha có một cầu H với giá trị điện dụng của tạ phía DC là C/n, với n lả tổng số lượng cầu H trong củng một pha, nh biểu điễn trong Hình 2.12

Néu giả sử coi tốn thất qua bộ biển dói là nhỏ, có thể bó qua, ta có phương,

72.35)

trình bảo toàn công suat nhw sau

6Á, Và „lo,

là sai khá giữa điện áp trung bình của tất cả các tụ DƯ của ba

Gọi AV,, Ia sai

pha ( Vụ, „.)và điện áp trung bình của các tụ DƠ trong pha A (\¡„ „„}, ta có

sin (st)

Hinh 2.13 Mach ving didu khién dién dp trung hinh cdc tu giữa các phá

Vòng điệu khiển điện áp trung bình của tụ (rong mdi pha A, B, C dua ra tín

hiện vào điều chế sinPWM có giá trị là

“Hình 2.14 80 dé dhéu khién dita ap mung bink cia ede m phaA

Tlinh 2.142.14 thể hiện sơ để khdi eta phuong phap diéu khién điện áp trung bình của tụ wong pha A Ham truyén hé kin của mạch vỏng dòng điện bên

Tlam truyền này là một hệ quán tính bậc nhất có hằng số thời gian T, = z

[lam truyền của mach vòng điện áp bên ngoai La:

Phương pháp cân bằng điện áp các tụ trong mỗi pha khi được thục hiện sẽ

giữ cho điện áp các tụ trong rnết pha bằng với điện áp trung bình của các tụ trong,

pha đó Gọi AV,„„ là sai khác giữa giá tị điện áp trung bình của các Lụ pha

A(Y¿„ „„} và điện áp tụ trong câu 1Í thứ m cia pba A (Vy )

Vv 1242)

AY, Nhâm —— Nha ng

Trong đó, m—1/n (u là số cầu H trong rối pha)

Do STATCOM chỉ tác đông tới câng suất phản kháng trên lưới, đòng điện vào pha A có giá trị là

31