BCĐA2 Demo

 

1. Giới thiệ thiệu u các hệ thống thống b biến iến đ đổi ổi kết kết nối lưới Các hệ thống biến đổi kết nối lưới:  

Bộ nghịch lưu (Inverter): DC  AC Bộ chỉnh lưu (Rectifier): AC  DC gồm chỉnh lưu không điều khiển (dùng Diode) và

chỉnh lưu có điều khiển dùng (Thysistor) 1.1. Chức năng   - Bộ biến biến tần biến đổi điện một chiều chiều DC DC th thành ành điện xoay chiều chiều A AC C - Bộ chỉnh chỉnh lưu lưu biến biến đổi đổi điện AC AC từ lưới lưới điện điện (hoặc (hoặc các nguồn nguồn đđiện iện xoa xoayy chiều chiều khác) khác) thành điện một chiều DC. 1.2.

Ứng dụng

Bộ biến tần: biến đổi điện DC  AC để hòa lưới điện truyền tải điện, truyền động điện động cơ xoay chiều, gia nhiệt cảm ứng, cung cấp điện cho máy móc thiết bị điện tiêu thụ điện xoay chiều công suất lớn,…. Bộ chỉnh lưu: biến đổi điện AC  DC cung cấp cho các thiết bị điện tử, các máy điện DC… 1. 1.3. 3.

Các Các yêu yêu cầu cầu kĩ kĩ tthu huật ật và ti tiêu êu ch chíí đđán ánh h giá giá

- Độ méo dạng sóng hài THD: 6.5 % ((Điều Điều 7 Thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 của Bộ Công Thương) - Dòng rò không quá 300 mA ( IEC 60439-1) - Hiệu suất không dưới 95% 2. Các Các sơ đồ h hệệ thống thống biến biến đổ đổii kết nối nối lưới lưới 2.1. 2.1.

Basi Basiss fu full ll-B -Bri ride de Inve Invert rter  er 

Đây là mạch biến tần toàn cầu dùng cho hệ thống PV

 

Mô hình full-bride inverter điều chế theo phương pháp lưỡng cực (BP) Đóng mở khóa chéo: S1 và S4 đồng bộ với nhau, S2 và S3 đồng bộ với nhau: S1 và S4 cùng đóng  dòng điện dương , S2 và S3 cùng đóng  dòng điện âm ; không có trường hợp cả 4 khóa cùng đóng

 

 

Ưu điểm:

Điện áp nối đất (V PE) chỉ có thành phần tần số lưới và không có thành phần tần số chuyển mạch, dòng điện rò rất thấp    Nhược

điểm: điểm:

- Độ gợn sóng chuyển mạch trong dòng điện bằng 1 x f chuyển mạch, mang lại khả năng lọc cao hơn yêu cầu (không tăng tần số ảo đầu ra) - Sự biến đổi điện áp qua bộ lọc là lưỡng cực (+V PV    -VPV    +VPV), dẫn đến tổn thất cao - Hiệu suất thấp hơn 96.5% do biến đổi công suất phản kháng giữa cuộn cảm L và tụ CPV trong quá trình quay tự do và tổn thất cao trong bộ lọc đầu ra do hai công tắc được chuyển đổi đồng thời ở mỗi giai đoạn chuyển đổi. => Ít được sử dụng do tổn thất lớn, hiệu suất thấp Phương pháp đơn cực (UP): kích S1 và S3 ON, S2 và S4 ON  tổn thất cao, hiệu suất hơn 98% nhưng không thích hợp trong hệ thống PV không biến áp vì tần số V PE cao 2.2.

Biến tần 3 pha cho PV 

 Biến tần tần tăng áp với biến áp HF dựa trên trên cầu H cơ bản

 

 Bộ biến tần tần tăng áápp với biến áp LF dựa trên bộ chuyển chuyển đổi ttăng ăng áp Ưu điểm: Các cấu trúc liên kết không có máy biến áp 3 pha cho thấy rằng NPC ba  pha tốt nhất so với mạch toàn cầu có phân tách liên kết DC về độ rò điện thấp, hiệu quả và hiệu suất cao hơn   Nhược điểm: Điện áp DC tương đối cao ít nhất là 600V đối với lưới điện ba pha



400V và cầu thấpcủa hơnMPPT 1000V. vi nhiệt biến đổi cóđiện thể quá hẹpcho so với cácNgược biến đổi theo yêu do Phạm thay đổi độ và áp lưới phép. lại  bộ biến tần 1 pha cần điện áp DC ít nhất 400V có ph phạm ạm vi biến đổi lớn hơ hơnn mang lại sự linh hoạt hơn

 Mô hình hệ hệ thống điện điện gió

 

 Bộ chuyển đổi đổi nguồ nguồnn điện áp 3 bước PWM VSI  VSI  3. Phân Phân tích một một sơ đồ hệ thống thống đi điều ều khiển khiển bộ biến đổi đổi kết nối nối lưới

 

Mô tả PMSG

Mô hình máy phát điện hình sin 3 pha Quy stato về roto

 

Với: : điện cảm trục q và d R: điện trở cuộn dây stator  : dòng điện trục d và q : điện áo trục q và d : tốc độ góc của rotor  : biên độ của từ thông do nam châm vĩnh cửu của rotor tạo ra trong các pha của stato  p: số cặp cực : momen điện từ Điện cảm biểu thị mối quan hệ giữa điện cảm pha và vị trí của rotor. Ví dụ độ tự cảm được đo giữa pha a và pha b (pha c để hở được cho bởi):

: góc điện Hình sau cho thấy sự thay đổi của độ tự cảm pha sang pha theo chức năng của góc điện của rôto.

 

Đối với một rôto tròn, không có sự thay đổi trong độ tự cảm pha.

Đối với rôto cực lồi, điện cảm dq được cho bởi:   ; Hệ thống cơ khí:

J: Tổ hợp quán tính của rôto và tải F: Tổ hợp ma sát nhớt của rôto và tải : Vị trí góc rôto : Momen xoắn cơ học của trục : Momen xoắn ma sát trục tĩnh : tốc độ góc rôto

 

 

Sơ đồ hệ thống điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều ( DC-DC boost)_giải thuật điều khiển MPPT

 

Diễn giải nguyên lí….

 

Sơ đồ điều khiển bộ nghịch lưu DC-AC

Bộ nghịch lưu kết nối lưới có thể được điều khiển với nhiều phương pháp khác nhau. Một trong những phương pháp được biết đến đó là điều khiển định hướng điện áp (VOC) được trình bày như hình bên dưới. Phương pháp này dựa trên sự chuyển đổi giữa hệ quy chiếu cố định và hệ quy chiếu đồng bộ dq. Thuật toán điều khiển được thực hiện trong khung tham chiếu đồng bộ (dq), tất cả các biến của thành phần DC thì ở trạng thái ổn định. Đây là cơ sở để thiết kế và điều khiển bộ nghịch lưu. Để nhận ra VOC, VOC, điện điện áp lướ lướii được được đo lường lường và goc thì được phát hiện để định định hướng điện áp. Góc này được sử dụng cho việc chuyển đổi của các biến từ hệ quy chiếu tĩnh abc sang hệ quy chiếu đồng bộ dq thông qua sự chuyển đổi abc/dq hoặc từ hệ đồng  bộ sang hệ tĩnh qua sự chuyển đổi dq/abc được trình bày trong hình bên dưới. Có nhiều cách để phát hiện góc điện áp lưới cân bằng sóng sin,

. Giả định rằng điện áp lưới lưới

có được theo công thức:

là 3 pha

 

Sơ đồ khối của điều khiển định hướng điện áp (VOC) Vị trí

và

có được bởi sự chuyển trục

 

cho

) trên sơ đồ phía trên. Trong thực tế điện áp lưới có thể bao gồm sóng hài và bị méo dạng, vì vậy bộ lọc kỹ thuật số hoặc vòng lặp kín pha (PLLs) thì được sử dụng để phát hiện góc điện áp lưới . Phương trình trên chỉ ra rằng không cần đo điện áp pha c (

Trong hệ thống có 3 vòng lặp phản hồi: 2 vòng lặp dòng điện bên trong để điều khiển chính xác dòng điện trục dq điện áp DC tĩnh abc (

và 1 vòng lặp phản hồi điện áp DC bên ngoài để điều khiển

. Vơi phương pháp VOC dòng điện trên 3 dây pha trong khung tham chiếu ) thì được chuyển đổi sang 2 pha dòng điện

trong hệ đồng bộ dq, đó

 

là các thành phần thực và phản kháng của dòng điện trên 3 dây pha. Điều khiển độc lập 2 thành phần cung cấp 1 phương tiện hiệu quả cho điều khiển độc lập của hệ thống công suất thực và phản kháng. Để đạt được cơ chế kiểm soát VOC, trục d của khung tham chiếu đồng bộ phải phù hợp với vector đđiiện áápp lư lưới, do do đđóó ttrrục d điện áápp lư lưới tthhì ttưương đư đương về về độ độ lớ lớn củ của nnóó (

)

và điện áp trục q thì bằng 0 ( = ), từ đó công suất thực và công suất phản kháng của hệ thống có thể được tính theo công thức:

Với

Dòng điện tham chiếu trục q

có được từ

là tham chiếu cho công suất phản kháng, có thể cho bằng 0 để đồng bộ vận hành hệ số công suất, có giá trị với vận hành hệ số công suất sớm pha hoặc giá trị dương với vận hành hệ số công suất trễ pha. Dòng điện tham chiếu trục d biểu thị có công suất thực P của hệ thống thì được tạo bởi bộ điều khiển PI cho điều khiển điện áp DC. Khi bộ nghịch lưu vận hành ở  trạng thái ổn định, điện áp DC của bộ nghịch lưu được giữ không đổi tại giá trị cài đặt bởi điện áp tham chiếu của chính nó . Bộ Bộ đi điều ều khiển khiển PI tạo tạo ra dòng điện tham tha m chiếu chiếu theo theo điều điều kiện kiện đang đang vận vận hành. hành. Bỏ Bỏ qua công công suất suất tổn thất thất trong trong bộ bộ nghịchh lưu, công suất thực AC của bộ nghịch lưu thì tương đương công suất DC, đó nghịc là

 Như đã đề cập, dòng công suất của hệ thống nghịch lưu là 2 chiều, khi công suất thực thì được đư ợc chuy chuyển ển đđổi ổi từ lướ lướii sang sang mạc mạchh DC, DC, in inve vert rter er vận vận hành hành ở ch chếế độ chỉn chỉnhh lưu lưu (

> 0) ,

ngượcc lại khi ngượ khi công công suất suất được được chuyể chuyểnn từ mạch mạch DC sang sang lư lưới ới ( < 0) inv invert erter er đang đang ở chế chế độ nghịch lưu. Hệ thống điều khiển sẽ tự động chuyển đổi giữa 2 chế độ vận hành, do đó không nên thực hiện các biện pháp bổ sung cho bộ điều khiển. Để hiểu dòng công suất 2 chiều tải

 

DC của inverter có thể được mô hình hóa bởi R trong mạch với với nguồn E như hình trên.

và được giữ không đổi với bộ điều khiển PI, chiều hướng của dòng công suất thì được đặt bởi sự khác nhau giữa E và theo điều kiện sau:

Từ điện áp DC trung trung bình bình







của inverter inverter thì đượ đượcc cài cài đđăt ăt bởi tham chiếu chiếu ccủa ủa nó

E<

 

 

> 0  công suất từ lưới đến tải (chế độ chỉnh lưu)

E> E=

 

 

 

 

< 0  công suất từ tải lên lưới (chế độ nghịch lưu) = 0  không có dòng công suất giữa mạch DC và lưới

, ta nên tính đến quá độ hệ thống và các  biến đổi điện áp lưới có thể xảy ra. Giả định rằng khi inverter vận hành ở điều kiện định mức, tỉ số điều chế là 0.8 , điện áp DC tham chiếu có thể đặt: Để xác định điện áp tham chiếu DC phù hợp

 p  puu (

= 1 pu)

mang lại biên độ khoảng 20% để điều chỉnh trong quá trình chuyển đổi và biến đổi điện áp lưới 4. Thực hiện mô phỏng phỏng trên Matl Matlab_ ab_ simu simulink  link   

 Bộ tăng áp áp Boost

Dùng thuật toán điều khiển MPPT đưa xuống mục 6 mô phỏng Giải thích/ chú thích function [S,d,Pdc_k] = fcn(Vdc_mes,Idc_mes,vtri1) function [S,d,Pdc_k] persistent Vdc_k_1  Vdc_k_1 persistent persistent Idc_k_1  Idc_k_1 persistent persistent persistent Pdc_k_1  Pdc_k_1 persistent persistent d_k_1  d_k_1 if isempty(Vdc_k_1)  isempty(Vdc_k_1) if   Vdc_k_1 = 0; end if isempty(Idc_k_1) if  isempty(Idc_k_1)   Idc_k_1 = 0; end if isempty(Pdc_k_1) if  isempty(Pdc_k_1)   Pdc_k_1 = 0; end if isempty(d_k_1) if  isempty(d_k_1)   d_k_1 = 0.5; end delta_d = 0.0001; Pdc_k = Vdc_mes * Idc_mes; Pdc_k_1 = Vdc_k_1 * Idc_k_1;

 

if(Pdc_k (Pdc_k >= Pdc_k_1) if   d = d_k_1 - delta_d; else   d = d_k_1 + delta_d; end   if(d if (d >= 1)   d = 1; elseif(d = vtri1)   S = 1; else   S = 0; end d_k_1 = d; Vdc_k_1 = Vdc_mes; Idc_k_1 = Idc_mes; Pdc_k_1 = Pdc_k;   end

5. Tính toán mạch mạch công công suất, suất, mạch lọc, mạch điều điều khiển khiển 5.1. 5.1. Tính Tính toán toán mạch mạch công công suất  suất  Chọn turbine gió loại nam châm vĩnh cửu PMSG với tốc độ gió định mức là 12 m/s có công suất phát tạo ra là P = 2.0093 MW, công suất biểu kiến là S = 2.2408 MW điện áp dây do máy phát tạo ra là Vd = 690 V

 



Bộ chỉnh lưu AC-DC

Chọn bộ chỉnh lưu 3 pha cầu Diode

V d

690

Điện áp định mức của linh kiện Diode: V  = K ×  √ 3  = 2×  √ 3  = 796.74 V D

S

Dòng điện định mức của linh kiện Diode: I D = K ×  √ 3 V   = 2 ×  d

2.2408

√ 3 × 690

 = 3749.93

A Điện áp trung bình ngõ ra chỉnh lưu: 

=

= 358.66 V

Bộ biến đổi DC – DC kiểu tăng áp (Boost Converter)

Tần số đóng ngắt  cũng là tần số sóng mang (tam giác) chọn >= tần số đóng ngắt chọn 20 kHz

 

Chọn khóa bán dẫn S1 là khóa tích hợp IGBT/Diode

Điện áp định mức của khóa bán dẫn S1: V D = V S = K   V ×

= 2  358.66 = 717.32

Trong đó K là hệ số an toàn chọn lựa linh kiện Dòng điện định mức của khóa bán dẫn S1: ID = IS = 3749.93 A 

Bộ nghịch lưu: dùng bộ nghịch áp lưu 3 pha

×

 

5.2. Tính to toán mạ mạch lọ lọc Tính mạch lọc L dựa vào độ nhấp nhô dòng điện ( sao cho THD nhỏ hơn 5% L…..)

6. Mô hình, hình, mô mô phỏng phỏng,, kết kết quả quả 7. Đánh Đánh gi giáá – kết kết luậ luận n

