Nghiên cứu ứng dụng bộ biến đổi nghịch lưu nguồn z nối lưới cho điện mặt trời

Cấu trúc điều khiển tổng quát của bộ nghịch lưu nguồn Z nối lưới dành cho hệ phát điện năng lượng mặt trời .... Trong quá trình tìm hiểu ứng dụng các nguồn năng lượng sạch này vào đời s

Trang 1

====o0o====

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Đào Việt Anh

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN Z

NỐI LƯỚI CHO ĐIỆN MẶT TRỜI

Chuyên ngành: Điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS.TS Bùi Quốc Khánh

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng bộ biến đổi

nghịch lưu nguồn Z nối lưới cho điện mặt trời do tôi tự nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của giảng viên PGS.TS Bùi Quốc Khánh Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành luận văn này tôi chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 10 tháng 3 năm 2015

Học viên

Đào Việt Anh

Trang 3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

DANH MỤC HÌNH VẼ i

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu chung về các nguồn năng lượng tái tạo và xu thế phát triển năng lượng tái tạo 3

1.2 Tình hình sử dụng điện mặt trời hiện nay 4

1.3 Tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam 5

1.4 Cấu hình chung của hệ năng lượng mặt trời tham gia trong mạng điện 6

1.5 Yêu cầu nối lưới của hệ thống điện mặt trời 7

1.6 Bộ nghịch lưu nguồn Z 8

1.6.1 Giới thiệu chung về bộ nghịch lưu nguồn Z 8

1.6.2 Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu nguồn Z 10

1.7 Kết luận chương 1 14

Chương 2 ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA NGHỊCH LƯU NGUỒN Z 15

2.1 Các phương pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu 3 pha nguồn Z 15

2.2 Phương pháp điều chế vector không gian cho nghịch lưu nguồn Z 15

2.2.1 Giải pháp thực hiện điều chế vector không gian 15

2.2.2 Giới hạn vùng làm việc của nghịch lưu nguồn Z 3 pha 21

2.3 Mô hình toán học của nghịch lưu nguồn Z 23

2.3.1 Mô hình nghịch lưu nguồn Z phía xoay chiều 23

2.3.2 Mô hình nghịch lưu nguồn Z phía một chiều với đầu vào nguồn áp 25

2.4 Tính toán thông số L và C cho nguồn Z 29

Chương 3 PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 31

VÀ THUẬT TOÁN TÌM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI (MPPT) 31

3.1 Pin năng lượng mặt trời 31

3.1.1 Giới thiệu 31

3.1.2 Mô hình hóa tấm pin năng lượng mặt trời 32

3.2 Thuật toán tìm điểm công suất cực đại (MPPT) 35

3.2.1 Thuật toán nhiễu và theo dõi (Perturb and Observe) 36

Trang 4

3.2.2 Thuật toán tăng độ dẫn điện (Incremental Conductance) 39

3.2.3 Thuật toán tụ ký sinh 41

3.2.4 Theo dõi điện áp điều khiển lớn nhất 41

3.2.5 Theo dõi dòng điện điều khiển lớn nhất 41

Chương 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 42

4.1 Cấu trúc tổng quát 42

4.2 Thiết kế mạch vòng điều khiển điện áp trên tụ phía một chiều 43

4.3 Thiết kế bộ điều khiển phía xoay chiều 47

4.4 Thiết kế bộ PLL 51

Chương 5 MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU NGUỒN Z VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 54

5.1 Mô phỏng hệ thống trên Matlab – Simulink 54

5.2 Mô phỏng mô hình tương đương phần một chiều 54

5.3 Mô phỏng mô hình nghịch lưu nguồn Z nối lưới với nguồn một chiều 56

5.4 Mô phỏng hệ thống điều khiển nghịch lưu nguồn Z nối lưới pin mặt trời 61

Kết quả mô phỏng khi nhiệt độ đầu vào thay đổi 66

Kết quả mô phỏng khi cường độ ánh sáng thay đổi 71

Chương 6 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM XỬ DỤNG VI XỬ LÍ TMS 320F2812 77

6.1 Chuẩn hóa cấu trúc điều khiển và khối điều chế vector không gian SVM 77

6.1.1 Lý do cần chuẩn hóa 77

6.1.2 Chuẩn hóa bộ điều khiển điện áp trên tụ 77

6.1.3 Chuẩn hóa bộ điều chỉnh dòng sau nghịch lưu 78

6.1.4 Chuẩn hóa bộ điều chỉnh điện áp trên tải 79

4.1.5 Chuẩn hóa khối SVM 80

6.2 Lập trình trên DSP 82

6.2.1 Lưu đồ thuật toán 82

6.2.2 Cấu trúc lập trình trên DSP 83

6.3 Kết quả thực nghiệm 89

KẾT LUẬN 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

Trang 5

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Nhu cầu năng lượng trên thế giới 3

Hình 1.2 Tiêu thụ các dạng năng lượng trên thế giới 4

Hình 1.3 Sự phát triển sử dụng năng lượng mặt trời 5

Hình 1.4 Các nước dẫn đầu về sử dụng năng lượng mặt trời 5

Hình 1.5 Cấu hình chung của hệ năng lượng mặt trời tham gia trong mạng điện 6

Hình 1.6 Bộ nghịch lưu nguồn Z ba pha 8

Hình 1.7 Mạch điện tương đương phía một chiều NLNZ trong trạng thái 1 11

Hình 1.8 Mạch điện tương đương phía một chiều NLNZ trong trạng thái 2 (Trạng thái vector tích cực) 11

Hình 1.9 Mạch điện tương đương phía một chiều NLNZ trong trạng thái 2 (Trạng thái vector không) 12

Hình 2.1 Vị trí các vector chuẩn trong hệ tọa độ tĩnh αβ 16

Hình 2.2 Thuật toán xác định vector điện áp đặt trong mỗi sector 16

Hình 2.3 Thực hiện vector điện áp từ hai vector biên 17

Hình 2.4 Mẫu xung của các van trong sector 1 19

Hình 2.5 Giới hạn làm việc của nghịch lưu nguồn Z 22

Hình 2.6 Mô hình NLNZ nối lưới 23

Hình 2.7 Sơ đồ tương đương với các khóa đóng cắt 25

Hình 2.8 Trạng thái tích cực 26

Hình 2.9 Trạng thái trùng dẫn 27

Hình 2.10 Mô hình mạch tín hiệu nhỏ tương đương đối với tải cảm kháng RL 28

Hình 2.11 Sự thay đổi tuyến tính của điện áp trên tụ (a) và dòng điện qua cuộn cảm (b) 29

Hình 3.1 Đường đặc tính IV và PV của pin mặt trời 31

Trang 6

Hình 3.2 Mô hình cell PV 32

Hình 3.3 Mô hình cell PV đơn giản 32

Hình 3.4 Mô hình PV array 33

Hình 3.5 Thuật toán tìm điểm công suất cực đại 35

Hình 3.6 Thuật toán nhiễu và theo dõi (Perturb and Observe) 36

Hình 3.7 Sơ đồ thuật toán nhiễu và theo dõi (Perturb and Observe) 36

Hình 3.8 Tracking công suất khi điều kiện môi trường thay đổi nhanh 37

Hình 3.9 Thuật toán P&O so sánh trọng lượng 3 điểm 38

Hình 3.10 Thuật toán tăng độ dẫn điện 39

Hình 3.11 Sơ đồ khối thuật toán tăng độ dẫn điện 40

Hình 4.1 Cấu trúc điều khiển tổng quát của bộ nghịch lưu nguồn Z nối lưới dành cho hệ phát điện năng lượng mặt trời 42

Hình 4.2 Xác định độ dự trữ biên độ và độ dự trữ pha từ đồ thị bode 45

Hình 4.3 Đồ thị bode của vòng hở mạch vòng hở có hàm truyền k p*G s i( ) 46

Hình 4.4 Đồ thị bode của vòng hở mạch vòng điện áp Uc 47

Hình 4.5 Mô hình đối tượng trên hệ trục tọa độ dq 48

Hình 4.6 Cấu trúc mạch vòng dòng điện 49

Hình 4.7 Sơ đồ khối hệ thống đã được thu gọn 50

Hình 4.8 Sơ đồ khối mạch vòng dòng điện 50

Hình 4.9 Sơ đồ bộ điều khiển dòng điện sau khi tách kênh 51

Hình 4.10 Cấu trúc khối đồng bộ với điện áp lưới PLL 52

Hình 4.11 Sơ đồ đơn giản mạch vòng điều chỉnh góc pha PLL 52

Hình 5.1 Điện áp của tụ C 55

Hình 5.2 Dòng qua điện cảm 55

Hình 5.3 Hệ số “ ngắn mạch ” 55

Hình 5.4 Mô hình nghịch lưu nguồn Z nối lưới với nguồn một chiều không đổi 56

Hình 5.5 Mạch lực mô hình nghịch lưu nguồn Z nối lưới với nguồn một chiều không đổi 57

Hình 5.6 Mô hình điều khiển phần mạch một chiều 57

Trang 7

Hình 5.7 Mô hình điều khiển phần xoay chiều 58

Hình 5.8 Điện áp trên tụ C 58

Hình 5.10 Dòng điện ra của NLNZ trong khoảng thời gian 0.4s đến 0.5s 59

Hình 5.11 Dòng của cuộn cảm L 60

Hình 5.12 Hệ số “ ngắn mạch ” 60

Hình 5.13 Hệ số công suất 61

Hình 5.14 Sơ đồ cấu trúc toàn hệ thông PV nối lưới 62

Hình 5.15 Sơ đồ mạch lực 62

Hình 5.16 Cấu trúc khâu MPPT 63

Hình 5.18 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển phía xoay chiều 65

Hình 5.19 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển dòng phía xoay chiều 65

Hình 5.20 Isd, Isq Controller 66

Hình 5.21 Bộ PLL 66

Hình 5.22 Đồ thị nhiệt độ vào hệ thống pin 67

Hình 5.23 Đồ thị so sánh dòng điện Ipv và dòng điện iL chảy qua cuộn cảm L1 67

Hình 5.24 Đồ thi điện áp trên tụ 68

Hình 5.25 Đồ thị điện áp đầu vào mạch nghịch lưu 68

Hình 5.26 Đồ thị phóng to điện áp đầu vào mạch nghịch lưu 68

Hình 5.27 Đồ thi hệ số shoot – through 69

Hình 5.28 Đồ thị điện áp lưới và dòng điện sau nghịch lưu 69

Hình 5.29 Đồ thị dòng điện sau nghịch lưu 69

Hình 5.30 Đồ thị dòng công suất tác dụng đưa ra lưới 70

Hình 5.31 Đồ thi dòng công suất phản kháng 70

Hình 5.32 Phân tích phổ tín hiệu dòng điện và điện áp đầu ra mạch nghịch lưu 71

Hình 5.33 Đồ thị cường độ ánh sáng vào hệ thống pin 71

Hình 5.34 Đồ thị điện áp UPV của hệ thống pin 72

Hình 5.35 Đồ thị so sánh dòng điện Ipv và dòng điện iL chảy qua cuộn cảm L1 72

Hình 5.36 Đồ thị điện áp trên tụ 73

Trang 8

Hình 5.37 Đồ thi điện áp đầu vào mạch nghịch lưu 73

Hình 5.38 Đồ thi phóng to điện áp đầu vào mạch nghịch lưu 73

Hình 5.39 Đồ thị hệ số shoot – through 74

Hình 5.40 Đồ thị điện áp lưới và dòng điện sau nghịch lưu 74

Hình 5.41 Đồ thị dòng điện sau nghịch lưu 75

Hình 5.42 Đồ thi dòng công suất tác dụng đưa ra lưới 75

Hình 5.43 Đồ thị dòng công suất phản kháng đưa ra lưới 75

Hình 6 1 Lưu đồ cài đặt thuật toán cho DSP 82

Hình 6.2 Cấu trúc lập trình trên DSP 83

Hình 6.3 Khởi tạo tần số xung nhịp của hệ thống 84

Hình 6.4 Khởi tạo tần số xung nhịp cho bộ đếm GPTimer1 của EVA 85

Hình 6.5 Khối Compare Units Block 86

Hình 6.6 Up/Down counting mode 86

Hình 6.7 Lựa chọn tần số trính mẫu 88

Hình 6.8 Cấu trúc thực nghiệm 89

Hình 6.9 Mô hình hệ thống thực tế 89

Hình 6.10 Kết quả chạy thực nghiệm 91

Trang 9

Danh mục bảng số liệu

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn IEEE 1547 cho hệ thống PV khi điện áp thay đổi 7

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn IEEE 1547 cho hệ thống PV khi tần số thay đổi 7

Bảng 1.3 Giới hạn thành phần sóng hài dòng điện theo tiêu chuẩn IEEE 1547 8

Bảng 2.1 Bảng chọn hai vector biên chuẩn 18

Bảng 2.2 Tỷ số thời gian đóng cắt ở mỗi sector 20

Bảng 5.1 Tham số mô phỏng mô hình mạch một chiều 54

Bảng 5.2 Tham số mô phỏng của mạch với nguồn một chiều không đổi 56

Bảng 5.3 Tham số mô phỏng của ZSI 61

Bảng 5.4 Tham số mô phỏng bộ điều khiển phía một chiêu của hệ PV 63

Bảng 5.5 Tham số mô phỏng của bộ phía xoay chiều 64

Bảng 6 1.Các hệ số bộ điều khiển điện áp trên tụ C sau khi chuẩn hóa 78

Bảng 6 2 Các hệ số bộ điều khiển áp xoay chiều sau khi chuẩn hóa 80

Trang 10

Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

NLNZ Nghịch lưu nguồn Z Z-Source Inverter

MPPT Thuật toán xác định điểm làm việc có

công xuất lớn nhất

Maximum power point tracking

ĐCVTKG Điều chế vector không gian Space Vector Modulation

DSP Xử lý tín hiệu số Digital Signal Processing

IGBT Van điều khiển hoàn toàn IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor

EMI Nhiễu điện tử Electron Magnetic Interference

HSCS Hệ số công suất

ADC Chuyển đổi tương tự sang số Analoge to Digital Converter

Trang 11

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Với điều kiện thiên nhiên và thổ nhưỡng, Việt Nam được đánh giá là quốc gia không chỉ phong phú về nguồn năng lượng hóa thạch mà còn rất tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo Sở hữu nguồn năng lượng gió tốt nhất khu vực Đông Nam Á và 2.000-2.500 giờ nắng mỗi năm tương đương gần 44 triệu tấn dầu quy đổi, nhưng lâu nay Việt Nam lại chưa khai thác hợp lý nguồn tài nguyên này

Do đó việc nghiên cứu, ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo trong đó phát triển mạnh năng lượng gió và năng lượng mặt trời là xu hướng tất yếu của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng

Trong quá trình tìm hiểu ứng dụng các nguồn năng lượng sạch này vào đời sống

sản xuất , được sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn em đã nghiên cứu đề tài : Nghiên cứu

ứng dụng bộ biến đổi nguồn Z nối lưới cho điện mặt trời Bộ biến đổi nguồn Z là

một bộ biến đổi mới được đề xuất vào năm 2003 bởi tác giả Fang Zheng Peng tại đại học Michigan (Hoa Kỳ), là thiết bị chỉ với một tầng biến đổi điện tử công suất cho phép đạt điện áp đầu ra mong muốn khi điện áp sơ cấp đầu vào thay đổi, phù hợp với đặc điểm làm việc của hệ phát điện phân tán Do đó luận văn đặt ra nhiệm vụ Nghiên cứu ứng dụng bộ biến đổi nghịch lưu nguồn Z cho điện mặt trời để nghiên cứu áp dụng nghịch lưu nguồn Z vào một ứng dụng cụ thể, làm tiền đề áp dụng nghịch lưu nguồn Z cho các nguồn năng lượng phân tán Kết quả nghiên cứu này là tiền đề cho việc ứng dụng nghịch lưu nguồn Z tích hợp vào các hệ phát điện phân tán với lưới điện truyền thống, hình thành nên lưới điện thông minh ( Smart Grid) với độ tin cậy vận hành cao

và tiết kiệm năng lượng hơn so với lưới điện truyền thống

Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, luận văn đã tập trung giải quyết một số vấn

đề về lý thuyết và thực nghiệm như sau:

Về lý thuyết: Xây dựng được mô hình toán học của nghịch lưu nguồn Z với

nguồn sơ cấp là nguồn áp Đưa ra giải pháp điều chế vector không gian trong đó hệ số điều chế, thuật toán xác định vị trí vector điện áp đặt chỉ chứa các công thức đại số, phù hợp cài đặt trên vi điều khiển Nghiên cứu, sử dụng các phương pháp điều khiển cho mạch vòng phía một chiều tương ứng với các ứng dụng NLNZ Từ đó, thiết kế cấu trúc điều khiển NLNZ cho hệ năng lượng mặt trời

Về thực nghiệm: Xây dựng cấu trúc mạch lực thí nghiệm để kiểm chứng cấu

trúc điều khiển NLNZ cho hệ phát điện phân tán, với thuật toán điều khiển được cài

Trang 12

Lời nói đầu

đặt trên DSP TMS320F2812 Mô hình thực nghiệm NLNZ đã kiểm chứng được nguyên lý hoạt động của NLNZ trong chế độ độc lập chưa nối lưới

Bố cục luận văn gồm 5 mục chính như sau:

1 Tổng quan: Giới thiệu chung về các nguồn năng lượng tái tạo và yêu cầu cấp

thiết cần phải sử dụng mạnh mẽ các nguồn năng lượng tái tạo trong tương lai Giới thiệu về tình hình năng lượng mặt trời và tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam Giới thiệu cấu trúc mạch lực và phân tích nguyên lý làm việc NLNZ

2 Giải pháp ĐCVTKG và mô hình toán học nghịch lưu ba pha nguồn Z:

Đưa ra giải pháp điều chế vector không gian cho NLNZ với mẫu xung cụ thể, phù hợp cài đặt trên vi điều khiển hiện nay cho các ứng dụng NLNZ

3 Pin năng lượng mặt trời và thuật toán tìm điểm công suất cực đại: Ở

chương này giới thiệu về pin năng lượng mặt trời, mô hình hóa pin năng lượng mặt trời và tìm hiểu các phương pháp tìm điểm công suất cực đại

4 Thiết kế cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn Z cho pin mặt trời: Thiết

kế cấu trúc điều khiển NLNZ nối lưới cho hệ pin mặt trời gồm hai mạch vòng Mạch vòng phía một chiều đảm bảo điện áp trên tụ (C1&C2) bằng hằng số khi cường độ nắng và nhiệt độ thay đổi Mạch vòng phía xoay chiều có nhiệm vụ, điều khiển được quá trình trao đổi công suất giữa hệ phát điện năng lượng mặt trời với lưới hoạc tải

5 Mô phỏng nghịch lưu nguồn Z: Sử dụng công cụ Matlab – Simulink để mô

phỏng hoạt động của bộ NLNZ với 2 chế độ là làm việc độc lập và nối lưới Từ đó kiểm chứng khả năng làm việc của các bộ điều khiển để áp dụng vào mô hình thí nghiệm thực

6 Xây dựng mô hình thực nghiệm: Chạy thực nghiệm bộ nghịch lưu nguồn Z

để kiểm chứng nguyên lý làm việc

Cuối cùng là kết luận và kiến nghị, cho thấy được đóng góp chính của luận văn

và chỉ ra hướng phát triển tiếp theo của đề tài

Trang 13

Chương 1 Tổng quan

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về các nguồn năng lượng tái tạo và xu thế phát triển năng lượng tái tạo

Đầu tư phát triển năng lượng tái tạo (NLTT) từ nước, nắng, gió, sinh khối, địa nhiệt… để có thêm nguồn năng lượng sạch, giảm ô nhiễm, giảm khí thải nhà kính và chủ động nguồn năng lượng là xu hướng tất yếu và đã tăng trưởng đều trong các năm qua trên thế giới

Dự báo nhu cầu năng lượng thế giới sẽ tăng hơn 1/3 vào 2035 so với hiện nay, tăng nhiều ở khu vực châu Á, mức tăng ở Trung Quốc, Ấn Độ và Trung Á có thể lên đến 60%

Hiện nay nguồn năng lượng sử dụng chủ yếu từ than, dầu khí, hạt nhân, còn NLTT chỉ chiếm khoảng 20% NLTT còn gọi năng lượng thay thế hay năng lượng sạch, năm 2011, NLTT cung cấp 19% năng lượng tiêu thụ thế giới, trong đó 9,3% là năng lượng sinh khối truyền thống, chủ yếu dùng nấu nướng và sưởi ấm ở các vùng nông thôn các nước đang phát triển, còn lại gồm 4,1% nhiệt lượng từ sinh khối, mặt trời, địa nhiệt và nước nóng, 3,7% thủy điện, 1,1% điện năng từ gió, mặt trời, địa nhiệt

và 0,8 % nhiên liệu sinh học

Hình 1.1 Nhu cầu năng lượng trên thế giới

Trang 14

Hình 1.2 Tiêu thụ các dạng năng lượng trên thế giới

1.2 Tình hình sử dụng điện mặt trời hiện nay

Dù chiếm tỷ trọng khiêm tốn nhưng NLTT luôn trên đà phát triển Tăng nhanh nhất là điện mặt trời (điện năng phát ra tăng bình quân hằng năm từ pin mặt trời (photovoltaic – PV) là 60% và từ các nhà máy điện tập trung nhiệt mặt trời là 43%, kế đến là điện gió: 25% và nhiên liệu sinh học tăng 17% mỗi năm Dù NLTT có nhược điểm khó khắc phục là hiệu suất khai thác kém vì không ổn định như năng lượng mặt trời chỉ có thể khai thác vào ban ngày, thủy điện phải có đủ nước và gió không phải lúc nào cũng đủ mạnh để chạy các turbine…, nhưng NLTT vẫn đang được đầu tư nghiên cứu và khuyến khích sử dụng trên toàn thế giới nhằm giảm phụ thuộc vào dầu mỏ, giảm ô nhiễm môi trường

Các nước dẫn đầu trong nghiên cứu, sản xuất và triển khai ứng dụng các thiết bị

sử dụng năng lượng mặt trời là Mỹ, Nhật, Đức, Israel, Trung Quốc,… Năm 2012, Pin năng lượng mặt trời (PV) tiếp tục phát triển mạnh, công suất toàn cầu lên đến 100 GW, trong khi 10 năm trước, năm 2002 chỉ có 2,2 GW Năm thị trường lớn trong lĩnh vực này là Đức chiếm tới 32%, Ý đứng thứ hai: 16%, kế đến là Mỹ: 7,2%, Trung Quốc: 7% và Nhật: 6,6% Tương tự, các nhà máy điện tập trung nhiệt mặt trời rất phát triển,năm 2012 tăng hơn 60% đạt 2.550 MW, trong khi năm 2002 chỉ có 354 MW Các nước phát triển mạnh các nhà máy CSP là Tây Ban Nha với công suất 1.950 MW và

Mỹ là 1.300 MW, CSP cũng đang thu hút sự quan tâm của các nước đang phát triển ở châu Phi, Trung Đông, châu Á và Mỹ la Tinh

Trang 15

Hình 1.3 Sự phát triển sử dụng năng lượng mặt trời

Hình 1.4 Các nước dẫn đầu về sử dụng năng lượng mặt trời

1.3 Tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Việt nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam của đất nước, với cường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2 Ở Việt nam, bức xạ mặt trời trung bình 150 kcal/m2 chiếm khoảng 2.000 – 5.000 giờ trên năm, với ước tính tiềm năng lý thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE

Năng lượng mặt trời ở Việt nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm Năng lượng mặt trời có thể được khai thác cho hai nhu cầu sử dụng: sản xuất điện và cung cấp nhiệt

Trang 16

Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng… Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá,

có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt

Vì những lí do trên nên việc nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời là cấp thiết

và luận văn sẽ đi tìm hiểu ứng dụng thực tế bộ biến đổi nghịch lưu nguồn Z sử dụng năng lượng mặt trời

1.4 Cấu hình chung của hệ năng lượng mặt trời tham gia trong mạng điện

Dưới đây là cấu hình chung của hệ năng lượng mặt trời (nói riêng và hệ phát điện phân tán nói chung) tham gia trong mạng điện

Thiết bị biến đổi Điện tử công suất

Đo lường

& điều khiển

Phụ tải PV

Lưới Công suất

Hình 1.5 Cấu hình chung của hệ năng lượng mặt trời tham gia trong mạng điện

Thiết bị biến đổi điện tử công suất có vai trò là khâu ghép nối trung gian giữa hệ phát điện năng lượng phân tán với lưới hoạc phụ tải và có khả năng trao đổi công suất, thiết bị biến đổi điện tử công suất giữ vai trò chính trong hệ thống thường dưới dạng biến đổi DC/AC kiểu NLNA có bổ sung thêm khâu DC/DC với chức năng tăng áp hoạc sử dụng máy biến áp ở đầu ra Ngày nay, các thiết bị biến đổi công suất này ngày càng được tối ưu về mặt thiết kế và thuật toán điều khiển, đa dạng về cấu trúc mạch lực và được tối ưu theo chiều hướng nâng cao hiệu suất chuyển đổi và mật độ công suất cao hơn Khâu đo lường điều khiển nhận các tín hiệu đo lường phản hồi về và lượng đặt điều khiển thông qua giao diện vận hành tại chỗ hoạc từ trạm vận hành từ xa

để cài đặt và giám sát toàn bộ quá trình làm việc của bộ biến đổi và trạng thái vận hành

hệ phát điện phân tán khi kết nối lưới điện hoạc phụ tải

Trang 17

Tuy nhiên cấu trúc mạch lực đang phổ biến có 2 tầng biến đổi dẫn đến tổn hao công suất và tăng kích thước hệ thống Do đó cần thiết nghiên cứu sử dụng một cấu trúc mạch lực điện tử công suất khác để giảm tổn thất, nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hệ phát điện phân tán NLNZ giới thiệu vào năm 2003,với những đặc tính khác biệt hẳn so với hai bộ biến đổi kể trên mà vẫn có chức năng tương đương, được xem là giải pháp hứa hẹn cho hệ phân tán nói chung và hệ năng lượng mặt trời nói riêng

1.5 Yêu cầu nối lưới của hệ thống điện mặt trời

Dưới đây là tiêu chuẩn khi hệ phát điện pin mặt trời tham gia vào lưới điện khi điện áp thay đổi và tần số điện áp ra thay đổi

Khi tham gia vào lưới điện nếu điện áp và tần số trong các dải như trong bảng thì hệ thống phải được cắt ngay khỏi lưới sau thời gian ngắt, ví dụ nếu điện áp giảm còn trong dải 50% ≤ V < 88 % thì sau 2s phải cắt hệ thống ra khỏi lưới điện.Theo như yêu cầu dưới đây thì hệ thống PV có thể kết nối lại với lưới nếu các điều kiển sau thỏa mãn : 88 < V < 100 (%) và 59.3 < f < 60.5 (Hz) Để thỏa mãn các tiêu chuẩn trên, trong hệ thống điều khiển bộ biến đổi công suất nối lưới cần phải có chức năng giám sát lưới điện : biên độ điện áp, tần số lưới Với việc sử dụng thuật toán vòng khóa pha PLL, cho phép ta có được thông tin về góc pha, tần số điện áp lưới và thậm chí phân tích được thành phần điện áp thứ tự thuận hoạc ngược xuất hiện trong điện lưới

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn IEEE 1547 cho hệ thống PV khi điện áp thay đổi

Dải điện áp (%) Thời gian ngắt (s)

V < 50 0.16

50 ≤ V < 88 2.00

110 < V < 120 1.00

V ≥ 120 0.16

Bảng 1.2 Tiêu chuẩn IEEE 1547 cho hệ thống PV khi tần số thay đổi

Dải công suất (kW) Dải tần số (Hz) Thời gian ngắt (s)

≤ 30 kW > 60.5 0.16

< 59.3 0.16

> 30 kW > 60.5 0.16

< (59.8 ÷57) 0.16 ÷ 3.00

Trang 18

Bảng 1.3 Giới hạn thành phần sóng hài dòng điện theo tiêu chuẩn IEEE 1547

Bậc sóng hài dòng điện h (bậc lẻ) Giới hạn thành phần sóng hài (%)

1.6.1 Giới thiệu chung về bộ nghịch lưu nguồn Z

Cấu trúc của bộ nghịch lưu ba pha dựa trên cấu hình của bộ inverter tiêu chuẩn nhưng kết hợp thêm các phần tử thụ động L,C mắc đối xứng nhau tạo thành một mạng trở kháng hình Z (khâu Z Source)

Hình 1.6 Bộ nghịch lưu nguồn Z ba pha

Khâu Z-Source đóng vai trò là khâu trung gian một chiều, inverter là một bộ biến đổi DC-AC cung cấp cho lưới hoạc tải xoay chiều Kết hợp quá trình điều khiển PWM của nghịch lưu với mạng trở kháng Z mà điện áp Vdc có thể tăng lên trên đầu vào một chiều của nghịch lưu Kết quả là bộ biến đổi có khả năng đảm bảo điệp áp xoay chiều đầu ra ổn định khi điện áp đầu vào Udc thay đổi trong dải rộng

Ta có các cấu hình nguồn DC/AC như sau :

Trang 19

Converter

DC_DC

Inverter DC-AC

Cấu hình nghịch lưu tiêu chuẩn có

thêm khâu DC/DC tăng áp

Ở cấu hình này trước tầng nghịch lưu có một khâu DC/DC có nhiệm vụ tăng áp cấp nguồn cho

bộ nghịch lưu, điều này khiến cho bộ nguồn này

có thể duy trì điện áp ra ổn định khi đầu vào thay đổi nhờ điều chỉnh khâu DC/DC Do có thêm khâu DC/DC nên bộ nguồn này yêu cầu thêm ít nhất một van bán dẫn cho phần DC/DC Cấu trúc mạch lực không đồng nhất do có hai tầng riêng biệt Mỗi tầng thường hoạt động với một tần số khác nhau nên việc lập trình triển khai thuật toán trên một chip đơn khó khăn hơn

áp nhưng không điều chỉnh được hệ số biến áp nên chỉ thích hợp với nguồn điện một chiều ổn định, ít biến động

Z source Inverter

Với bộ nguồn Z hình 1.3c phần DC/DC và nghịch lưu trên cùng một mạch lực đồng nhất Vì vậy bộ nguồn Z có khả năng điều chỉnh được điện áp ra khi điện áp đầu vào thay đổi Hơn nữa chúng ta không cần tốn một van bán dẫn cho khâu DC/DC nên cấu hình mạch gọn hơn Cấu trúc mạch lực đồng nhất nên dễ dàng triển khai thuật toán trên một chip đơn

Trang 20

1.6.2 Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu nguồn Z

Trong hoạt động của bộ biến đổi nguồn Z, ngoài các trạng thái đóng cắt thông thường còn tồn tại thêm 1 trạng thái đặc biệt – trạng thái cho phép các van trong cùng một pha cùng được đóng và tải bị ngắn mạch, gọi là trạng thái “ ngắn mạch ” (shoot- through) NLNZ có khả năng tăng – giảm áp là bởi vì trong suốt trạng thái “ ngắn mạch ” này, năng lượng từ phần điện dung được chuyển sang phần điện cảm Do đó, tụ điện có thể được nạp tới điện áp lớn hơn điện áp nguồn

Nguyên lí cơ bản của bộ biến đổi nguồn Z là đưa trạng thái “ ngắn mạch ” vào trong trạng thái null và giữ các trạng thái đóng cắt tích cực không đổi Do tính đối

Điện áp đặt lên các phần tử trong mạng trở kháng nguồn Z được xác định như sau:

Trang 22

Mạch nghịch lưu ở trạng thái vector không ( VD: S1=1, S3=1, S5=1 ) và dòng điện qua cuộn cảm lớn hơn không Dòng điện chảy qua các phần tử trong mạng trở kháng nguồn Z được xác định như sau:

20

Hình 1.9 Mạch điện tương đương phía một chiều NLNZ trong trạng thái 2

(Trạng thái vector không)

Trạng thái 3:

Mạch nghịch lưu ở một trong 6 trạng thái vector tích cực, ở tại thời điểm kết thúc

2i inv, dòng i dc 0, diode D ngừng dẫn dòng Dòng điện chảy qua các phần tử trong mạng trở kháng nguồn Z dược xác định:

120

Giả thiết tải mạch NLNZ dạng trở cảm, có giá trị điện cảm lớn hơn giá trị của L1

và L2 và bỏ qua sụt áp rơi trên điện cảm ( L1 và L2 ) Điện áp đặt vào mạch nghịch lưu được xác định như sau:

Trang 23

Trạng thái 4:

cuộn cảm giảm tới giá trị 0, diode D ngừng dẫn dòng Trong trạng thái này, mạch trở kháng nguồn Z bị cách ly giữa tải và nguồn sơ cấp

00

L dc

i i

không thể chuyển sang trạng thái vector tích cực được, do điều kiện ở trạng thái 2 không thỏa mãn NLNZ xuất hiện trạng thái “ ngắn mạch ” do hai diode ở các nhánh

Trang 24

van mạch nghịch lưu (ví dụ qua diode D5 và D6 - là diode mắc song song ngược với S5 và S6 như Hình 1.12 ) Công thức xác định điện áp và dòng điện trong trạng thái 5 này giống như trong trạng thái 1 Trạng thái này sẽ tồn tại cho đến khi dòng qua cuộn

trạng thái vector tích cực Sự khác biệt giữa trạng thái 5 và trạng thái 1 là, trạng thái 5 chế độ làm việc phụ thuộc vào tham số của mạch trở kháng nguồn Z, không phải do tín hiệu điều khiển tạo nên như ở trạng thái 1

Do đó, nêu quá trình chuyển mạch ở chu kỳ tiếp theo được diễn ra trước khi dòng qua cuộn cảm giảm về không, thì NLNZ làm việc ở chê độ dòng điện liên tục Còn quá trình chuyển mạch được diễn ra khi dòng điện qua cuộn cảm đã giảm về không, thì NLNZ làm việc ở chê độ dòng gián đoạn

1.7 Kết luận chương 1

Từ những phân tích trên có thể thấy rằng bộ nghịch lưu nguồn Z với cầu hình mạch lực đơn giản, có khả năng điều chỉnh được hệ số tăng áp nên có thể ổn định được điện áp đầu ra khi điện áp đâu vào có biến động, hoàn toàn có thể đáp ứng yêu cầu của một bộ nghịch lưu dùng cho các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng phân tán

Trang 25

Chương 3 Pin năng lượng mặt trời và thuật toán tìm điểm công suất cực đại (MPPT)

Chương 2 ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA NGHỊCH LƯU NGUỒN Z

2.1 Các phương pháp điều chế độ rộng xung cho nghịch lưu 3 pha nguồn Z

Cấu trúc mạch lực bộ nghịch lưu 3 pha nguồn Z chỉ có duy nhất phương án điều khiển cả 6 van bán dẫn của bộ nghịch lưu để điều chỉnh việc tăng, giảm áp theo ý muốn Điều này khác hẳn so với mạch lực có thêm tầng DC/DC độc lập Chính vì vậy phương pháp điều chế độ rộng xung có vai trò quyết định đặc điểm làm việc của nguồn Z Kế thừa các nghiên cứu đã được hoàn thiện, phương pháp điều chế độ rộng xung cho nguồn Z về cơ bản gồm các phương pháp sau:

Phương pháp sóng mang: đại diện là simple boost, maximum boost, constant boost Đây là phương pháp phổ biến cho NLNZ, là phương pháp sử dụng nhiều kỹ thuật tương tự để phát xung nên không linh hoạt trong việc thực hiện các khả năng ngắn mạch của NLNZ

Phương pháp ĐCVTKG là phương pháp rất phổ biến với các mạch nghịch lưu nguồn áp 3 pha Hiện nay đây là phương pháp phù hợp để cài đặt vào vi điều khiển, giảm tỷ lệ sóng hài tạo ra bởi mạch nghịch lưu so với phương pháp sóng mang, linh hoạt trong việc tạo ra các mẫu xung phù hợp cho các ứng dụng NLNZ

2.2 Phương pháp điều chế vector không gian cho nghịch lưu nguồn Z

2.2.1 Giải pháp thực hiện điều chế vector không gian

Phương pháp điều chế độ rộng xung nói chung cho NLNZ đã được đưa ra tương đối hoàn thiện về mặt nguyên lý Trình tự thực hiện thuật toán điều chế vector không gian cho NLNZ tương tự như NLNA Tuy nhiên, NLNZ có thêm một trạng thái “ ngắn mạch ” xuất hiện trong quá trình hoạt động sẽ có sự khác biệt khi xây dựng mẫu xung đưa ra cho mỗi sector Như vậy, NLNZ gồm có 8 trạng thái vector đã biết trong NLNA

thêm trạng thái thứ 9 là trạng thái “ ngắn mạch ” Trạng thái “ ngắn mạch ” này có thể xuất hiện trong cùng một nhánh van, hai nhánh van hoặc cả ba nhánh van mạch nghịch

lưu Các vector chuẩn này phân chia thành 6 sector trên mặt phẳng tọa độ tĩnh αβ

Trang 26

giống như trong NLNA chỉ ra trên Hình 2.1 Như vậy, bước đầu tiên trong thực hiện

các thành phần điện áp pha tương ứng theo thuật toán Hình 2.2 và biên độ các vector

chuẩn xác định như sau:

23

không

Hình 2.1 Vị trí các vector chuẩn trong hệ tọa độ tĩnh αβ

Hình 2.2 Thuật toán xác định vector điện áp đặt trong mỗi sector

Trang 27

Do vector đặt sẽ được tổng hợp từ hai vector chuẩn trong sector đó nên sau khi xác định được vị trí vector chuẩn, ta cần xác định tỷ số biến điệu của vector đặt theo hai vector chuẩn Mỗi vector đang nằm trong một góc phần sáu nào đó, có thể tổng hợp được từ hai vector chuẩn gần nhất:

1

Hình 2.3 Thực hiện vector điện áp từ hai vector biên

Với các tỷ số biến điệu:

1 1

2 2

s

T d T T d T

1 ,

inv

x y d

2 2 2

1

( , )

ref inv

Trang 28

Bảng 2.1 Bảng chọn hai vector biên chuẩn

1 0 3

2 2 2

1 2 3 1/ 3

inv

r r

d

u u

ef 2

inv

r r

d

u u

d

u d

Trang 29

Xác định tỷ số biến điệu cho mỗi cho các van

Muốn xác định được thời gian dẫn cho các van ta xây dựng được mẫu xung cho từng sector Mẫu xung cho sector trong z source inverter được xắp xếp tuân theo nguyên tắc của inverter tiêu chuẩn và bổ xung thêm trạng thái “trùng dẫn” nhưng vẫn đảm bảo không thay đổi thời gian tồn tại các vector tích cực Việc bổ xung thêm trạng thái “trùng dẫn” chỉ giới hạn lại thời gian tồn tại vector không trong inverter tiêu

6

S

3

S4S

Hình 2.4 Mẫu xung của các van trong sector 1

Từ mẫu xung chuẩn này có thể dễ dàng tính được tỷ số biến điệu cho mỗi van Có thể nhận thấy bộ biến đổi Z source Inverter cần 6 kênh PWM độc lập để điều chế khác hẳn so với inverter tiêu chuẩn chỉ cần 3 kênh PWM do các trạng thái van

Trang 30

nhánh trên, nhánh dưới là nghịch đảo nhau Từ hình 2.4 ta có hàm điều chế ngắn mạch

cho mỗi van mạch lực trong các sector là:

Bảng 2.2 Tỷ số thời gian đóng cắt ở mỗi sector

Sector Upper(dS1, dS3, dS5) Lower(dS4, dS6, dS2)

Trang 31

2.2.2 Giới hạn vùng làm việc của nghịch lưu nguồn Z 3 pha

Theo mối quan hệ phức tạp giữa điện áp đầu ra và điện áp đầu vào của nghịch

do mạch vòng điện áp trên tụ cung cấp và tỷ số biến điệu ma do mạch vòng phía xoay chiều cung cấp Vì vậy, ta cần phải giới hạn vùng làm việc của nghịch lưu nguồn Z theo 2 tham số này mà vẫn đảm bảo chức năng làm việc của nghịch lưu nguồn Z

Theo [7][14] thời gian tồn tại các vector tích cực được xác định như sau:

s 1

inv s 2

2i inv , nên giá trị trung bằng

Từ mẫu xung chuẩn Hình 2.4 ta có thể thấy thời gian xuất hiện trạng thái “ ngắn

hệ số điều chế “ ngắn mạch ” max(d) được xác định như sau:

Trang 32

a

1 max(B)

Hình 2.5 Giới hạn làm việc của nghịch lưu nguồn Z

Vùng làm việc của nghịch lưu nguồn Z được giới hạn đường min(dsh) và

mà vẫn đảm bảo đủ tạo ra điện áp đầu ra nghịch lưu nguồn Z như mong muốn

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Trang 33

2.3 Mô hình toán học của nghịch lưu nguồn Z

2.3.1 Mô hình nghịch lưu nguồn Z phía xoay chiều

Tùy thuộc vào ứng dụng NLNZ nối lưới hay độc lập, ta thu được mô hình toán học khác nhau Ta xét trường hợp NLNZ nối lưới thông qua cuộn cảm L như hình vẽ

Hình 2.6 Mô hình NLNZ nối lưới

Ta có ở mạch nối lưới Lsa, Lsb, Lsc là cảm kháng tương ứng với các pha a, b, c ;

dt di

nghịch lưu như bên dưới Trong hình dưới đây ta có theo qui tắc đóng mở van của nghịch lưu xét với nhánh van của pha a, nếu dòng đi qua nhánh khóa Sa thì sẽ về qua khóa Sb, Sc và ngược lại dòng qua van Sb, Sc thì về qua van Sa, tương tự với các nhanh của pha b và c Từ đó ta tính được điện áp trên các pha a,b,c theo hệ số biến điệu

Trang 34

Trang 35

d q

2.3.2 Mô hình nghịch lưu nguồn Z phía một chiều với đầu vào nguồn áp

Phương pháp điều chế độ rộng xung nói chung cho NLNZ đã được đưa ra tương đối hoàn thiện về mặt nguyên lý Trình tự thực hiện thuật toán điều chế vector không gian cho NLNZ tương tự như NLNA Tuy nhiên, NLNZ có thêm một trạng thái “ ngắn mạch ”

Ta giả thiết rằng:

- NLNZ hoạt động ở chế độ dẫn điện liên tục

- Các thành phần thụ động L và C trong mạch NLNZ coi như không tổn thất

- Dòng qua tải là ổn định (tải RL có L đủ lớn để san phẳng dòng điện)

- Bỏ qua điện trở diode và các van IGBT

Để đơn giản cho việc khảo sát nguồn Z ta thay thế diode D1 và cầu nghịch lưu

Trang 36

- Mô hình tín hiệu trung bình :

Quá trình làm việc của bộ biến đổi nguồn Z trong một chu kỳ đóng cắt được chia làm hai trạng thái như sau :

truyền năng lượng cho tải

ngắt ra khỏi mạng Z trong một khoảng thời gian T0 trong chu kỳ đóng cắt T của bộ

Trang 37

biến đổi Năng lượng truyền từ nguồn tới tải bằng 0 vì tải bị cắt khỏi nguồn bởi khóa

S1

Hình 2.9 Trạng thái trùng dẫn

Theo định luật kieckhop:

L2 C2 L1 C1 C1 L1

Trang 38

Điện áp một chiều đầu vào và tỉ số trùng dẫn được biểu diễn dao động xung quanh giá trị xác lập của nó :

trong đó u C( )t , i L( )t , u dc( )t , d t( ) là các giá trị dao động nhỏ

Thay vào (2.31) và bỏ các thành phần xác lập ta được mô hình tín hiệu nhỏ tổng hợp 2 trạng thái trên:

( ) (1- 2 ) ( ) - (1- ) ( ) (-2 ) ( )( ) 2(1- ) ( ) - (1- ) ( ) (-2 ) ( ) - ( )( ) (2 -1) ( ) (1- ) ( ) (2 - ) ( )

Trang 39

2.4 Tính toán thông số L và C cho nguồn Z

Giá trị L và C của nguồn Z không ảnh hưởng đến khả năng boost, tuy nhiên lại ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng dòng điện và điện áp của hệ thống NLNZ Lấy ví dụ như khi thiết kế nếu ta chọn giá trị L quá nhỏ với mục đích nhằm giảm kích thước phần cảm trong những ứng dụng đòi hỏi sự gọn nhẹ về mặt khối lượng cũng như thể tích, thì dòng điện cảm trong nguồn Z sẽ có độ đập mạch rất cao, thậm chí là gián đoạn Tương

tự, giá trị tụ C cũng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện áp cả phía một chiều lẫn

một chiều trước cầu nghịch lưu, từ đó sẽ làm xấu đi điện áp xoay chiều đầu ra bởi sự xuất hiện của các thành phần sóng hài bậc cao Tương tự với trường hợp dòng điện

dòng điện chảy qua diode và nguồn một chiều

Để khắc phục những vấn đề trên, giá trị L và C phải được tính toán và lựa chọn phù hợp Ở đây, giả sử độ đập mạch là nhỏ, ta giả thiết rằng dạng điện áp trên tụ và dòng qua cuộn dây thay đổi tuyến tính thay vì dạng phi tuyến trong thực tế Cụ thể, trong

chế độ “ ngắn mạch ” - shoot through , diode phân cực ngược, năng lượng từ tụ C sẽ

chuyển sang cuộn cảm, dòng qua cuộn cảm sẽ tăng tuyến tính với điện áp của nó, đến khi điện áp trên cuộn dây cân bằng với điện áp trên tụ Ngược lại trong chế độ hoạt động bình thường thì năng lượng trao đổi theo chiều ngược lại, dòng điện qua cuộn cảm giảm dần và điện áp trên cuộn cảm là hiệu giữa điện áp một chiều đầu vào và điện

áp trên tụ

Hình 2.11 Sự thay đổi tuyến tính của điện áp trên tụ (a)

và dòng điện qua cuộn cảm (b)

Trạng thái shoot - through

Trạng thái không shoot - through

Trạng thái shoot - through

Trang 40

Hình trên thể hiện sự thay đổi tuyến tính của điện áp trên tụ C và dòng qua cuộn

dòng điện qua tụ :

L L

C C

di

dt du

C C

I

t U

nguồn Z, D giá trị xác lập của tỷ số “ ngắn mạch ”

Xét riêng trong chế độ “ ngắn mạch ” cùng với việc chú ý rằng các giá trị trung

L s iL L s C

2f k I

D I C

Định dạng
Số trang	113
Dung lượng	3,97 MB