Đang tải... (xem toàn văn)
Chuyên đề số 1.1: Nghiên cứu thuật toán tính toán thành phần công suất tức thời ba pha, cấu trúc vòng khóa pha PLL và xác định các thành thứ tự của điện áp lưới DANH MỤC HÌNH VẼ 4 DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU 7 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 8 Chương 1.Tổng quan về công suất 9 1.1. Lý thuyết công suất cổ điển 9 1.1.1.Định nghĩa công suất dưới điều kiện dòng áp là hình sin. 9 1.1.2. Dòng điện, điện áp và trở kháng phức. 10 1.1.3. Công suất phức và hệ số công suất. 11 1.1.4. Khái niệm công suất trong điều kiện không điều hòaCác tiếp cận cổ điển. 12 1.1.4.1.Định nghĩa công suất của Budeanu 12 1.1.4.2.Tứ diện công suất và hệ số méo. 15 1.1.5. Công suất điện trong các hệ thống 3 pha 19 1.1.5.1. Phân loại các hệ thống 3 pha. 19 1.1.5.2. Công suất trong các hệ thống 3 pha cân bằng. 21 1.1.5.3. Công suất trong các hệ thống 3 pha không cân bằng. 23 1.2. Lý thuyết công suất tức thời. 26 1.2.1. Lý thuyết công suất tức thời. 26 1.2.1.1. Phép biến đổi Clarke. 26 1.2.1.2. Tính toán vector dòng áp khi loại bỏ thành phần thứ tự không. 28 1.2.1.3. Công suất tác dụng tức thời của hệ thống điện áp 3 pha tính toán theo các đại lượng của phép biến đổi Clarke. 29 1.2.1.4. Công suất tức thời theo lý thuyết pq 30 1.2.1.5. Lý thuyết pq trong hệ thống 3 pha3 dây 30 1.2.2. Phân tích các thành phần công suất trong lưới điện 3 pha3 dây. 32 1.2.2.1. Lý thuyết các thành phần đối xứng 32 1.2.2.2.Định lý Fourier 33 1.2.2.3. Phân tích hệ thống dòng điện 3 pha3 dây 33 1.2.2.4. Phân tích các thành phần công suất tức thời trong lưới điện 3 pha3 dây tổng quát. 35 1.3. Mô phỏng tính toán công suất trên MatlabSimulink. 38 1.3.1. Mô hình mô phỏng. 38 1.3.2. Kết quả mô phỏng. 38 Chương 2.Vòng khóa pha và ứng dụng 40 2.1. Đặt vấn đề. 40 2.1.1. Tổng quan về bộ biến đổi nghịch lưu nguồn áp nối lưới. 40 2.1.2 . ng dụng của các bộ biến đổi nghịch lưu nguồn áp nối lưới. 41 2.1.2.1. Bộ nghịch lưu nguồn áp hòa lưới. 41 2.1.2.2. Bộ chỉnh lưu tích cực. 42 2.1.2.3. Bộ lọc tích cực 43 2.1.3. Vấn đề đồng bộ điện áp trong các bộ biến đổi nghịch lưu nguồn áp nối lướiSự cần thiết phải có mạch vòng khóa pha. 44 2.1.4. Tổng quan về mạch vòng khóa pha PLL trong các hệ điều khiển bộ biến đổi làm việc đồng bộ với lưới. 45 2.2. .Xây dựng cấu trúc vòng khóa pha 46 2.2.1. Các hệ trục tọa độ, các phép chuyển vị, và hình ảnh của các đại lượng dòng áp. ................................................................................................................................... 46 2.2.1.1.Hệ trục tọa độ tĩnh αβ...................................................................................46 2.2.1.2.Hệ trục tạo độ quay dq 48 2.2.2. Các hiện tượng có thể xảy ra trên lưới điện và sự cần thiết của vòng khóa pha. ................................................................................................................................... 49 2.2.2.1. Các hiện tượng có thể xảy ra trên lưới điện. 49 2.2.2.2. Sự cần thiết phải sử dụng bộ vòng khóa pha. 52 2.2.2.3. Cấu trúc vòng khóa pha cơ bản 53 2.2.2.4. Tuyến tính hóa bộ vòng khóa pha. 53 2.2.3. Tổng hợp tham số cho bộ PLL trên miền tần số. 55 2.2.3.1. Tính chọn tham số cho bộ PLL. 55 2.2.3.2. Ví dụ về tính chọn tham số cho bộ PLL 59 2.2.3.2.1. Thiết kế bộ PLL có băng thông rộng (HBPLL) 59 2.2.3.2.2. Thiết kế bộ PLL với băng thông hẹp (LBPLL). 61 2.2.4. Cấu trúc PLL dành cho việc tính toán thành phần thứ tự thuận của điện áp và góc pha của nó. 62 2.3. .Mô phỏng hệ thống trên MatlabSimulink 65 2.3.1. Mô phỏng bộ vòng khóa pha kinh điển SRFPLL. 65 2.3.1.1. Bộ vòng khóa pha có băng thông rộng. (HBPLL) 66 2.3.1.1.1. Kết quả mô phỏng trong trường hợp lưới lý tưởng, có hiện tượng sụt áp (đi kèm với nhảy pha) 67 2.3.1.1.2. Kết quả mô phỏng trong trường hợp lưới lý tưởng, có hiện tượng nhảy tần số…………………………………………………………………………………………67 2.3.1.1.3. Kết quả mô phỏng trong trường hợp lưới có méo hài. 68 2.3.1.2. Bộ vòng khóa pha có băng thông hẹp (LBPLL). 70 2.3.1.2.1. Kết quả mô phỏng trong trường hợp lưới bị méo. 70 2.3.1.2.2. Kết quả mô phỏng trong trường hợp lưới bị méo, có xảy ra hiện tượng sụt áp (đi kèm với hiện tượng nhảy pha). 71 2.3.1.2.3. Kết quả mô phỏng trong trường hợp lưới bị méo, có hiện tượng nhảy tần số. 72 2.3.2. Mô phỏng cấu trúc vòng khóa pha nâng cao để tính toán thành phần thứ tự thuận của điện áp 3 pha và góc pha của nó. 73 2.3.2.1. Kết quả mô phỏng khi lưới có méo hài. 77 2.3.2.2. Kết quả mô phỏng khi lưới có hiện tượng sụt áp và nhảy pha. 78 2.3.2.3. Kết quả mô phỏng khi lưới có hiện tượng nhảy tần số. 79 2.3.3 . Ứng dụng của cấu trúc vòng khóa pha nâng cao trong bộ lọc tích cực. 80 2.3.3.1. Mô phỏng bộ lọc tích cực trong trường hợp lưới bị méo nhưng ổn định (không xảy ra hiện tượng nhảy tần số, sụt áp hoặc nhảy pha) 82 2.3.3.2. Mô phỏng bộ lọc tích cực trong trường hợp lưới bị méo và có hiện tượng sụt áp đột ngột 83 2.3.3.3. Mô phỏng bộ lọc tích cực trong trường hợp lưới bị méo và có hiện tượng nhảy pha 84 2.3.3.4. Mô phỏng bộ lọc tích cực trong trường hợp lưới bị méo và có hiện tượng tần số thay đổi đột ngột 85 2.3.4.Kết luận chương 3. 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo lọc tích cực cho lưới phân phối hạ 1000V” Mã số: KC.03.01/11-15 SẢN PHẨM Chuyên đề số 1.1: Nghiên cứu thuật toán tính toán thành phần công suất tức thời ba pha, cấu trúc vòng khóa pha PLL xác định thành thứ tự điện áp lưới Chủ nhiệm đề tài: TS Trần Trọng Minh Người thực hiện: TS Phạm Việt Phương Ths Phạm Văn Bách Cơ quan chủ trì: HÀ NỘI, / 2012 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chương 1.Tổng quan công suất 1.1.Lý thuyết công suất cổ điển 1.1.1.Định nghĩa công suất điều kiện dòng áp hình sin 1.1.2 Dòng điện, điện áp trở kháng phức 10 1.1.3 Công suất phức hệ số công suất 11 1.1.4 .Khái niệm công suất điều kiện không điều hòa-Các tiếp cận cổ điển 12 1.1.4.1.Định nghĩa công suất Budeanu 12 1.1.4.2.Tứ diện công suất hệ số méo 15 1.1.5 Công suất điện hệ thống pha 19 1.1.5.1 Phân loại hệ thống pha 19 1.1.5.2 Công suất hệ thống pha cân 21 1.1.5.3 .Công suất hệ thống pha không cân 23 1.2 .Lý thuyết công suất tức thời 26 1.2.1 Lý thuyết công suất tức thời 26 1.2.1.1 Phép biến đổi Clarke 26 1.2.1.2 .Tính toán vector dòng áp loại bỏ thành phần thứ tự không 28 1.2.1.3 Công suất tác dụng tức thời hệ thống điện áp pha tính toán theo đại lượng phép biến đổi Clarke 29 1.2.1.4 Công suất tức thời theo lý thuyết p-q 30 1.2.1.5 Lý thuyết p-q hệ thống pha-3 dây 30 1.2.2 Phân tích thành phần công suất lưới điện pha-3 dây 32 1.2.2.1 Lý thuyết thành phần đối xứng 32 1.2.2.2.Định lý Fourier 33 1.2.2.3 Phân tích hệ thống dòng điện pha-3 dây 33 1.2.2.4 Phân tích thành phần công suất tức thời lưới điện pha-3 dây tổng quát 35 1.3 Mô tính toán công suất Matlab-Simulink 38 1.3.1 .Mô hình mô 38 1.3.2 Kết mô 38 Chương 2.Vòng khóa pha ứng dụng 40 2.1 Đặt vấn đề 40 2.1.1 Tổng quan biến đổi nghịch lưu nguồn áp nối lưới 40 2.1.2 ng dụng biến đổi nghịch lưu nguồn áp nối lưới 41 2.1.2.1 Bộ nghịch lưu nguồn áp hòa lưới 41 2.1.2.2 Bộ chỉnh lưu tích cực 42 2.1.2.3 Bộ lọc tích cực 43 2.1.3 Vấn đề đồng điện áp biến đổi nghịch lưu nguồn áp nối lưới-Sự cần thiết phải có mạch vòng khóa pha 44 2.1.4 Tổng quan mạch vòng khóa pha PLL hệ điều khiển biến đổi làm việc đồ ng với lưới 45 2.2 .Xây dựng cấu trúc vòng khóa pha 46 2.2.1 Các hệ trục tọa độ, phép chuyển vị, hình ảnh đại lượng dòng áp 46 2.2.1.1.Hệ trục tọa độ tĩnh αβ 46 2.2.1.2.Hệ trục tạo độ quay dq 48 2.2.2 Các tượng xảy lưới điện cần thiết vòng khóa pha 49 2.2.2.1 .Các tượng xảy lưới điện 49 2.2.2.2 Sự cần thiết phải sử dụng vòng khóa pha 52 2.2.2.3 Cấu trúc vòng khóa pha 53 2.2.2.4 Tuyến tính hóa vòng khóa pha 53 2.2.3 Tổng hợp tham số cho PLL miền tần số 55 2.2.3.1 .Tính chọn tham số cho PLL 55 2.2.3.2 .Ví dụ tính chọ n tham số cho PLL 59 2.2.3.2.1 Thiết kế PLL có băng thông rộng (HB-PLL) 59 2.2.3.2.2 .Thiết kế PLL với băng thông hẹp (LB-PLL) 61 2.2.4 Cấu trúc PLL dành cho việc tính toán thành phần thứ tự thuận điện áp góc pha 62 2.3 Mô hệ thống Matlab-Simulink 65 2.3.1 .Mô vòng khóa pha kinh điển SRF-PLL 65 2.3.1.1 .Bộ vòng khóa pha có băng thông rộ ng (HB-PLL) 66 2.3.1.1.1.Kết mô trường hợp lưới lý tưởng, có tượng sụt áp (đi kèm với nhảy pha) .67 2.3.1.1.2.Kết mô trường hợp lưới lý tưởng, có tượng nhảy tần số………………………………………………………………………………………… 67 2.3.1.1.3.Kết mô trường hợp lưới có méo hài .68 2.3.1.2 Bộ vòng khóa pha có băng thông hẹp (LB-PLL) 70 2.3.1.2.1.Kết mô trường hợp lưới bị méo .70 2.3.1.2.2.Kết mô trường hợp lưới bị méo, có xảy tượng sụt áp (đi kèm với tượng nhảy pha) 71 2.3.1.2.3.Kết mô trường hợp lưới bị méo, có tượng nhảy tần số 72 2.3.2 Mô cấu trúc vòng khóa pha nâng cao để tính toán thành phần thứ tự thuận điện áp pha góc pha .73 2.3.2.1 Kết mô lưới có méo hài 77 2.3.2.2 Kết mô lưới có tượng sụt áp nhảy pha 78 2.3.2.3 Kết mô lưới có tượng nhảy tần số 79 2.3.3 Ứng dụng cấu trúc vòng khóa pha nâng cao lọc tích cực 80 2.3.3.1 .Mô lọc tích cực trường hợp lưới bị méo ổn định (không xảy tượng nhảy tần số, sụt áp nhảy pha) 82 2.3.3.2.Mô lọc tích cực trường hợp lưới bị méo có tượng sụt áp đột ngột 83 2.3.3.3 Mô lọc tích cực trường hợp lưới bị méo có tượng nhảy pha 84 2.3.3.4 Mô lọc tích cực trường hợp lưới bị méo có tượng tần số thay đổi đột ngột 85 2.3.4.Kết luận chương 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Tam giác công suất 11 Hình 1.2 Điện áp, dòng điện công suất tức thời 14 Hình 1.3 Tứ diện công suất 16 Hình 1.4 (a):Điện áp pha cân (b):Điện áp pha không cân (c):Điện áp pha bị méo 19 Hình 1.5.Thành phần thứ tự thuận, thứ tự ngược thứ tự không hệ thống pha không cân 20 Hình 1.6 Mô hình mô tính toán công suất Matlab/simulink 38 Hình 1.7 Dòng điện, điện áp pha 39 Hình 1.8 Kết tính toán công suất Từ xuống: Công suất thực p, công suất ảo q, công suất thực trung bình p , công suất ảo trung bình q , công suất thực dao động p công suất ảo dao động q 39 Hình 2.1 Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp nối lưới 40 Hình 2.2.Sơ đồ nguyên lý hệ thống phát điện sức gió 41 Hình 2.3.Sơ đồ nguyên lý hệ thống pin lượng mặt trời 41 Hình 2.4.Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tích cực 42 Hình 2.5.Sơ đồ nguyên lý lọc tích cực 43 Hình 2.6.Đồ thị điện áp pha theo thời gian quỹ đạo vector điện áp 47 Hình 2.7.Đồ thị điện áp pha (có chứa thành phần thuận, nghịch, không) theo thời gian quỹ đạo vector điện áp tương ứng với hệ thống điện áp pha 48 Hình 2.8.Hệ thống điện áp pha bị cân bằng, quỹ đạo vector điện áp 49 góc pha vector điện áp 49 Hình 2.9.Minh họa tượng nhảy pha (phase jump) hệ thống pha 50 Hình 2.10.Minh họa tượng sụt áp hệ thống pha 50 Hình 2.11.Minh họa tượng thay đổi tần số lưới điện pha 51 Hình 2.12.Minh họa tượng méo hài lưới điện pha 51 Hình 2.13.Minh họa tượng nhiễu lưới điện pha 52 Hình 2.14.Cấu trúc vòng khóa pha 53 Hình 2.15.Mô hình tuyến tính hóa vòng khóa pha 54 Hình 2.16.Mô hình vòng khóa pha tuyến tính hóa 55 Hình 2.17 Đồ thị điểm cực/điểm không hàm truyền Các điểm màu xanh tương ứng với trường hợpζ< 1và điểm màu đỏ tương ứng với trường hợp ζ > Điểm không gốc tọa độ xuất hàm truyền 58 Hình 2.18.Đáp ứng tần số H(s) G (s) vòng khóa pha băng thông rộng 60 Hình 2.19.Đáp ứng tần số H(s) G (s) vòng khóa pha băng thông hẹp 62 Hình 2.20.Cấu trúc vòng khóa pha nâng cao để tính toán thành phần thứ tự thuận vector điện áp góc pha 63 Hình 2.21.Mô hình mô simulink vòng khóa pha kinh điển 65 Hình 2.22.Cấu trúc khối tạo nguồn 65 Hình 2.23.Kết mô trường hợp lưới lý tưởng, có tượng sụt áp kèm với tượng nhảy pha 67 Hình 2.24.Kết mô lưới lý tưởng có tượng nhảy tần số 68 Hình 2.25.Kết mô trường hợp lưới có méo hài 69 Hình 2.26.Kết mô vòng khóa pha băng thông hẹp lưới bị méo 70 Hình 2.27.Kết mô vòng khóa pha băng thông hẹp lưới bị méo, có tượng sụt áp (đi kèm với tượng nhảy pha) 71 Hình 2.28.Kết mô vòng khóa pha băng thông hẹp lưới bị méo, có tượng nhảy tần số 72 Hình 2.29.Cấu trúc vòng khóa pha sửa đổi để tính toán thành phần thứ tự thuận điện áp pha 75 Hình 2.30.Điện áp pha, thành phần thứ tự thuận góc pha thành phần thứ tự thuận 77 Hình 2.31.Điện áp pha, thành phần thứ tự thuận góc pha thành phần thứ tự thuận lưới xảy tượng sụt áp nhảy pha 78 Hình 2.32.Tần số lưới, điện áp pha, thành phần thứ tự thuận góc pha thành phần thứ tự thuận lưới xảy tượng nhảy tần số 79 Hình 2.33.Cấu trúc mô simulink l ọ c tích cực pha-3 dây 81 Hình 2.34.Kết mô lọc tích cực trường hợp lưới méo ổn định82 Hình 2.35.Kết mô lọc tích cực trường hợp lưới có tượng sụt áp đột ngột 83 Hình 2.36.Kết mô lọc tích cực trường hợp lưới có tượng nhảy góc pha 84 Hình 2.37.Kết mô lọc tích cực trường hợp lưới có tượng nhảy tần số 85 DANH MỤC BẢN SỐ LIỆU Bảng 2.1.Các tham số PLL băng thông rộng .60 Bảng 2.2.Các tham số PLL băng thông hẹp 61 Bảng 2.3.Các tham số khối tạo nguồ n tạo lưới méo 66 Bảng 2.4.Các hàm số sử dụng mô 66 Bảng 2.5.Các tham số PLL băng thông rộ ng 67 Bảng 2.6.Các tham số PLL băng thông hẹp 70 Bảng 2.7.Các hàm số sử dụng mô 73 Bảng 2.8 Các thông số cài đặt cho cấu trúc vòng khóa pha nâng cao 76 Bảng 2.9.Các thông số mô lọc tích cực làm việc theo lý thuyết công suất tức thời sử dụng vòng khóa pha nâng cao 80 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ADC APF DSP GCVSI Analog to Digital Converter Active Power Filter Digital Signal Processor Grid Connected Voltage Source Inverter Bộ chuyển đổi tương tự số Bộ lọc tích cực Bộ vi điều khiển xử lý tín hiệu số Bộ biến đổi nghịch lưu nguồn áp nối lưới GPIO General Purpose Input/Output Chân vào sử dụng với mục đích chung HBHigh Bandwidth-Phase Locked Loop Bộ PLL băng thông rộng IGBT insulated gate bipolar transistor Transistor lưỡ n g cực có cực cổng PLL cách ly LBLow Bandwidth-Phase Locked Loop Bộ vòng khóa pha băng thông hẹp PLL PLL Phase Locked Loop Bộ vòng khóa pha PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung SRFSynchronous Reference FrameBộ vòng khóa pha làm việc PLL Phase Locked Loop theo nguyên lý hệ trục tọa độ quay đồng Nguyên tắc chọn lựa tham số cho cấu trúc vòng khóa pha nâng cao: -Khối vòng khóa pha sở (SRF-PLL) cần có động học nhanh để có khả bám nhanh góc pha lưới -Do đại lượng ω tính toán từ vòng khóa pha sở tín hiệu dao động mạnh, nên lọc cho (Butterworth 1) cần phải chọn với tần số cắt thấp -Hai lọc hệ trục tọa độ dq (Butterworth Butterworth 3) cần phải có tần số cắt thấp để lọc hai thành phần u d u q Đây hai thành phần đại diện cho thành phần thứ tự thuận điện áp lưới Các thông số cài đặt bên cấu trúc vòng khóa pha nâng cao tổng kết bảng 2.8: Bảng 2.8 Các thông số cài đặt cho cấu trúc vòng khóa pha nâng cao Thông số Ký hiệu Giá trị Chu kỳ trích mẫu Ts 10 (s) Hệ số tỷ lệ Loop Filter (PI) Kp 18000 Hệ số tích phân Loop Filter (PI) Ki 10 Tần số cắt bộlọc Butterworth −4 ωc1 50(Hz) Tần số cắt lọc Butterworth ωc 20(Hz) Tần số cắt lọc Butterworth ωc3 20(Hz) Bộ vòng khóa pha nâng cao mô cho trường hợp: -Lưới ổn định (không xảy tượng nhảy pha, nhảy tần số), nhiên bị méo thành phần hài bậc cao gây -Lưới bị méo, xảy tượng sụt áp (kèm với tượng nhảy pha) -Lưới bị méo, có tượng nhảy tần số 76 Sau kết mô 77 2.3.2.1 Kết mô lưới có méo hài Các thông số khối tạo nguồn cho bảng 2.3 Lưới có tần số ổn định không xảy tượng nhảy pha Dien ap pha va cac phan thu tu thuan tinh toan duoc Va (V) 500 Va -500 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 Va( Fun dam enta 1.08 l) 1.09 1.1 1.09 1.1 1.09 1.1 500 Vb (V) Vb -500 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 Vb( Fun dam enta l) 1.08 Vc (V) 500 Vc -500 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 Vc( Fun dam enta l) 1.08 Goc pha cua phan thu tu thuan thuc va tinh toan Theta (Rad) 10 Angle (Estimated) Angle (Real) 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 Time (s) 1.06 1.07 1.08 1.09 1.1 Hình 2.30.Điện áp pha, thành phần thứ tự thuận góc pha thành phần thứ tự thuận Hình 2.30 (1,2,3) kết mô tính toán thành phần thứ tự thuận điện áp, đường màu đỏ điện áp pha bị méo đường màu xanh thành phần thứ tự thuận tính toán Trên hình 2.30 (4), đường màu đỏ góc pha thành phần thứ tự thuận tính toán được, đường màu xanh góc pha thực thành phần thứ tự thuận Ta nhận thấy hai đường trùng nhau, cho thấy góc pha tính toán lưới ổn định xác 2.3.2.2 Kết mô lưới có tượng sụt áp nhảy pha Các thông số khối tạo nguồn cho bảng 2.3 Lưới có tần số ổn định Tại thời điểm 2.5s, biên độ điện áp lưới bị sụt giảm nửa, với tượng góc 2π pha bị nhảy góc Dien ap pha va cac phan thu tu thuan tinh toan duoc Va (V) 500 -500 2.48 2.5 2.52 2.54 2.56 Va Va( Fun dam enta 2.58 l) 2.6 Vb (V) 500 -500 2.48 2.5 2.52 2.54 2.56 Vb Vb( Fun dam enta 2.58 l) 2.6 Vc (V) 500 -500 2.48 2.5 2.52 2.54 2.56 Vc Vc(F und ame ntal) 2.58 2.6 Goc pha cua phan thu tu thuan thuc va tinh toan Theta (Rad) 10 A n g l e ( 2.48 2.5 2.52 2.54 2.56 2.58 2.6 E Time (s) s t i Hình 2.31.Điện áp pha, thành phần thứ tự thuận góc pha thành phần thứ tự m a thuận lưới xảy tượng sụt áp nhảy pha t e d kết mô đáp ứng vòng khóa pha lưới có tượng sụt Hình 2.31 ) áp nhảy pha, cho thấy vòng khóa pha ổn định sau chu kỳ điện áp lưới Như vậy, A vòng khóa pha n cho đáp ứng động học tốt lưới xảy tượng sụt áp g l e ( R e a l ) 2.3.2.3 Kết mô lưới có tượng nhảy tần số Frequency (Hz) Các thông số khối tạo nguồn cho bảng 2.3 Tại thời điểm 1.5s, tần số lưới thay đổi đột ngột từ 50 (Hz) lên 60 (Hz) Tan so cua dien ap luoi 60 Frequency 50 1.48 1.5 1.52 1.54 1.56 1.58 1.6 Dien ap pha va cac phan thu tu thuan tinh toan duoc Va 500 Va Va(Fundamental) -500 1.48 1.5 1.52 1.54 1.56 1.58 1.6 1.58 1.6 Vb 500 -500 1.48 1.5 1.52 1.54 1.56 500 Vb Vb( Fun dam enta l) Vc Vc(Fundamental) Vc -500 Theta (rad) 1.48 1.5 1.52 1.54 1.56 1.58 1.6 1.58 1.6 Goc pha cua phan thu tu thuan thuc va tinh toan 10 1.48 1.5 1.52 1.54 Time (s) 1.56 Hình 2.32.Tần số lưới, điện áp pha, thành phần thứ tự thuận góc pha thành phần thứ tự thuận lưới xảy tượng nhảy tần số Kết mô cho thấy tần số lưới có thay đổi đột ngột, vòng khóa pha có khả ổn định sau chu kỳ điện áp lưới Ngoài ra, sai lệch góc pha thực góc pha tính toán thành phần thứ tự thuận nhỏ trình độ 2.3.3 Ứng dụng cấu trúc vòng khóa pha nâng cao lọc tích cực Bộ lọc tích cực điều khiển dựa theo lý thuyết công suất tức thời làm việc theo nguyên tắc đo điện áp lưới dòng điện tải để tính toán thành phần dòng điện vô công mà tải tiêu thụ Khi dòng điện bơm từ lọc lên lưới, triệt tiêu thành phần dòng vô công có dòng lưới làm cho dòng lưới trở dạng hình sin có hệ số công suất không làm biến đổi dạng dòng mà tải tiêu thụ Khi lưới lý tưởng, lọc làm việc tốt Tuy nhiên, lưới bị méo, dòng bù lọc tính toán không xác Để khắc phục điều đó, tính toán, thay sử dụng trực tiếp giá trị điện áp đo từ lưới, người ta sử dụng thành phần thứ tự thuận hệ thống điện áp Để hiểu cặn kẽ vấn đề này, tham khảo tài liệu Do cấu trúc vòng khóa pha nâng cao có khả tính toán thành phần thứ tự thuận điện áp lưới, cài đặt vào thuật toán lọc tích cực để tăng chất lượng đáp ứng lọc lưới bị méo Hình 3.13 mô hình mô simulink lọc tích cực pha-3 dây Các thông số mô thể bảng 3.7 Bảng 2.9.Các thông số mô lọc tích cực làm việc theo lý thuyết công suất tức thời sử dụng vòng khóa pha nâng cao Thông số Điện áp, tần số lưới Giá trị U=380V; f=50 Hz Các thành phần hài có lưới Thứ tự ngược bậc 1:10%;Thứ tự thuận bậc 5:11% Tải phía chỉnh lưu Rload=5 Ohms Cuộn cảm nối lưới L=3mH;R=0.1 Ohms Cuộn cảm làm mềm dòng tải L=3mH;R=0.1 Ohms Tụ điện DC-Link mF Chu kỳ trích mẫu Ts=10-4 s 81 Hình 2.33.Cấu trúc mô simulink lọc tích cực pha-3 dây 2.3.3.1 Mô lọc tích cực trường hợp lưới bị méo ổn định (không xảy tượng nhảy tần số, sụt áp nhảy pha) Các thông số nguồn cho bảng 3.7 Dong dien va dien ap pha a iaload,iagrid -200 400 ua (V), ua-fund (V) Ua ia 200 -400 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 -200 0.46 0.48 udcref,udc Theta (rad) 0.44 0.46 Time (s) 0.48 0.46 0.48 0.5 Thanh phan thu tu thuan va dong dien luoi Ua+ iagrid -200 0.42 0.44 Theta 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 Dien ap phia DC 1100 0.4 0.42 200 -400 0.4 0.5 3.Goc pha cua phan thu tu thuan -50 0.44 400 Ua Ua+ 0.42 iagrid iaload 50 -100 0.4 0.5 Dien ap va phan thu tu thuan pha a 200 -400 0.4 4.Dong dien tai va dong dien luoi 100 ua-fund (V),iagrid (A) ua(V), ia(A) 400 1000 950 900 0.4 0.5 udcref udc 1050 0.42 0.44 0.46 Time(s) 0.48 0.5 Hình 2.34.Kết mô lọc tích cực trường hợp lưới méo ổn định Hình 3.14 kết mô lọc tích cực sử dụng trường hợp lưới méo ổn định K ết mô cho thấy dòng điện kéo từ lưới lọc trở thành dòng hình sin hoàn toàn pha với điện áp lưới Như vậy, lọc tích cực có khả đáp ứng tốt kể điện áp lưới bị méo 82 2.3.3.2 Mô lọc tích cực trường hợp lưới bị méo có tượng sụt áp đột ngột Các thông số nguồn cho bảng 3.6 Tại thời điểm 0.5s, lưới xảy tượng sụt áp đột ngột, điện áp lưới bị sụt giảm 40% 4.Dong dien tai va dong dien luoi Dong dien va dien ap pha a 150 400 U a ia 100 iaload,iagrid ua(V),ia(A) 200 -200 ua(V),ua-fund(V) ial oa d -50 -100 -400 400 iag rid 50 0.5 0.55 -150 0.6 0.5 0.55 Dien ap va phan thu tu thuan pha a 400 200 Ua + -200 0.5 0.55 0.6 ia gri d 200 Ua ia+ -400 0.65 5.Thanh phan thu tu thuan va dong dien luoi 200 0.65 -400 0.5 0.55 3.Goc pha cua phan thu tu thuan 0.6 0.65 6.Dien ap phia DC 1200 Theta udcref,udc Theta(rad) 0.6 0.5 0.55 Time (s) 0.6 1100 ud cr ef 100 ud c 900 0.5 0.55 0.6 0.65 Time (s) 0.7 0.75 0.8 Hình 2.35.Kết mô lọc tích cực trường hợp lưới có tượng sụt áp đột ngột Hình kết mô lọc tích cực sử dụng trường hợp lưới bị sụt áp đột ngột Kết mô cho thấy đáp ứng tính toán thành phần thứ tự thuận vòng khóa pha ổn định sau chu k lưới, dòng điện không bị dạng sin điện áp tụ ổn định sau 0.2 s Như lọc tích cực ổn định tốt tượng sụt áp xảy 2.3.3.3 nhảy pha Mô lọc tích cực trường hợp lưới bị méo có tượng Các thông số nguồn cho bảng 3.6 Tại thời điểm 0.5s, góc pha điện áp lưới bị nhảy đột ngột góc 120 độ Dong dien va dien ap pha 400 200 100 U a ia iaload(A),iagrid(A) ua(V),ia(A) 4.Dong dien tai va dong dien luoi 200 a -200 -400 0.5 0.55 0.6 U a U a + 0.5 0.55 0.6 0.65 400 iagrid(A),Ua-fund(V) ua(V),ua-fund(V) Dien ap va phan thu tu thuan pha a 200 -100 5.Thanh phan thu tu thuan va dong dien luoi 400 -200 0.65 iag rid ial oa d -200 200 Ua + ia gri d -200 -400 0.5 0.6 0.5 3.Goc pha cua phan thu tu thuan 0.55 0.6 0.65 6.Dien ap phia DC 1100 Th et a -400 0.65 udcref(V),udc(V) Theta(rad) 0.55 1000 90 udcref udc 800 0.5 0.55 Time (s) 0.6 0.65 700 0.5 0.6 0.7 0.8 Time (s) 0.9 Hình 2.36.Kết mô lọc tích cực trường hợp lưới có tượng nhảy góc pha Hình 3.16 kết mô lọc tích cực sử dụng trường hợp lưới có tượng nhảy góc pha Theo kết mô đáp ứng tính toán thành phần thứ tự thuận PLL ổn định sau chu kỳ lưới Dòng điện sau lọc pha với thành phần thứ tự thuận Điện áp tụ bị sụt giảm đáng kể, nhiên nhanh chóng ổn định sau giây 2.3.3.4 Mô lọc tích cực trường hợp lưới bị méo có tượng tần số thay đổi đột ngột Các thông số nguồn cho bảng 3.6 Tại thời điểm 0.5s, tần số hệ thống đột ngột tăng 10 Hz (Từ 50 lên 60 Hz) 4.Dong dien tai va dong dien luoi Dong dien va dien ap pha a 400 100 iagrid ua(V),ia(A) iaload(A),iagrid(A) Ua 200 ia -200 -400 0.5 0.55 -200 0.48 0.52 0.54 0.56 0.58 ua+ iagrid 200 -200 -400 0.46 0.48 0.5 0.52 0.54 -400 0.46 0.56 0.48 3.Goc pha cua phan thu tu thuan 0.5 0.52 0.54 0.56 0.58 6.Dien ap phia DC 0.46 0.48 0.5 0.52 0.54 Time (s) 0.56 udcref(V),udc(V) 1100 Theta Theta(rad) 0.5 Thanh phan thu tu thuan va dong dien luoi iagrid(A),Ua-fund(V) ua(V),ua-fund(V) -50 400 Ua Ua+ -100 0.46 0.6 2.Dien ap va phan thu tu thuan pha a 400 200 iaload 50 1050 1000 dcref udc 950 900 0.5 0.55 0.6 0.65 Time (s) 0.7 0.75 0.8 Hình 2.37.Kết mô lọc tích cực trường hợp lưới có tượng nhảy tần số Hình 3.17 kết mô lọc tích cực sử dụng trường hợp lưới có tượng nhảy tần số Theo kết mô phỏng, đáp ứng tính toán thành phần thứ tự thuận ổn định sau chu kỳ điện áp lưới Dòng điện sau lọc điện áp pha pha với Điện áp tụ thời điểm xảy nhảy tần số tăng lên V, nhanh chóng điều chỉnh trở mức lượng đặt sau 0.1s 2.3.4.Kết luận chương Toàn chương trình bày kết mô vòng khóa pha Matlab- simulink -Phần đầu trình bày kết mô vòng khóa pha băng thông rộng vòng khóa pha băng thông hẹp Quan sát cho thấy vòng khóa pha băng thông rộng cho đáp ứng động học nhanh lưới xảy biến động lại nhạy cảm với tượng lưới méo Do vậy, vòng khóa pha băng thông rộng phù hợp với lưới điện có chất lượng điện áp tốt, tỷ lệ thành phần hài bậc cao nhỏ Còn vòng khóa pha băng thông hẹp cho đáp ứng động học chậm lưới xảy biến động (ổn định sau từ đến chu kỳ lưới), lại cho đáp ứng bám góc pha tốt lưới bị méo -Phần thứ hai trình bày kết mô cấu trúc vòng khóa pha nâng cao Cấu trúc cho phép tính toán thành phần thứ tự thuận điện áp lưới góc pha thành phần thứ tự thuận Các kết mô cho thấy thành phần thứ tự thuận tính toán hoàn toàn trùng khớp với thành phần thứ tự thuận thực hệ thống, pha biên độ Khi lưới xảy biến động, tượng sụt áp, nhảy pha, nhảy tần số, vòng khóa pha nâng cao cho đáp ứng động học tốt, hệ thống tự động bám theo thành phần thứ tự thuận thực sau từ đến chu kỳ lưới Như vậy, cấu trúc vòng khóa pha nâng cao có khả tính toán thành phần thứ tự thuận điện áp, bám xác góc pha thành phần thứ tự thuận, mà cho chất lượng động học tốt vòng khóa pha băng thông hẹp lưới xảy biến động -Phần thứ ba trình bày kết mô ứng dụng vòng khóa pha nâng cao vào lọc tích cực Các kết mô cho thấy lọc tích cực làm việc tốt lưới bị méo, dòng lưới lọc dạng hình sin pha với điện áp Không thế, lưới xảy biến động thử nghiệm cho cấu trúc vòng khóa pha nâng cao, lọc tích cực có khả ổn định nhanh sau biến động TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Francisco Daniel Freijedo Fernandez,Contributions to grid-synchronization techniques for power electronic converters, Vigo University, 2009 [2]Hirofumi Akagi, Edson Hirokazo Wantanabe, Mauricio Aredes, Instantaneous power theory and applications to power conditioning,A JOHN WILEY & SON, INC, PUBLICATION [3]Dushan Boroyevich,Modeling and Control of Three-Phase PWM Converters,Virginia Tech, Blacksburg, Virginia, USA, 200 [...]... trình trên xem mạch điện dưới điều kiện không điều hòa là tổng hợp của rất nhiều mạch điện đ c lập được kích thích ở các tần số khác nhau Các đại lượng công suất tính toán được không cung cấp những cơ sở thích hợp để thiết kế các b l c thụ đ ng hoặc dùng trong điều khiển các b điều hòa lưới điện tích cực 1.1.4.3.Các định nghĩa công suất của Fryze Vào đầu những năm 1930, Fryze đã đề xuất mộ t tập hợp các... 0.5% Lượng chênh lệch này rất khó được phát hiện bởi các thiết bị đo công suất truyền thống vốn làm việc theo nguyên lý đo giá trị hiệu dụng của dòng và áp Ví dụ là mộ t bằng chứng cho thấy các thiết bị như vậy là không phù hợp để lắp đặt cho các hệ thống công suất làm việc dưới điều kiện không điều hòa Lưu ý rằng trường hợp (b) là không mong muốn dưới giác độ chất lượng điện năng Hơn nữa, việc đo dòng... không cần thiết có phép phân tích chuỗi Fourier dòng điện và điện áp, mặc dù chúng vẫn đòi hỏi phép tính toán các giá trị hiệu dụng của dòng và áp Do vậy, các định nghĩa đó không áp dụng được khi mạch đang ở trong trạng thái quá độ 1.1.5 Công suất điện trong các hệ thống 3 pha Người ta thường hay phân tích mạch điện 3 pha bằng cách xem nó như 3 mạch điện 1 pha độ c lập Phép đơn giản hóa này bộ c l ộ... pha-4 dây, cả hai thành phần thứ tự ngược và thứ tự không đều có thể tồ n tại, trong đó dòng điện thứ tự không gây ra dòng điện chảy trong dây trung tính Phương pháp phân tích kể trên có thể áp dụng cho các sóng có cùng bậc điều hòa Mở rộng ra, đối với mộ t hệ thống 3 pha trong đó các tín hiệu dòng áp là tuần hoàn, chúng ta có thể dùng phép phân tích Fourier để tách tín hiệu của từng pha ra thành các... những kết quả khác biệt Về cơ bản có hai phép tiếp cận để định nghĩa công suất: Phép tiếp cận trong miền thời gian và phép tiếp cận trong miền tần số Cả hai sẽ được đề cập ngay sau đây, để làm sáng tỏ tính không nhất quán của chúng và để chỉ ra rằng, việc sử dụng chúng để tính toán trong các bộ biến đổi nối lưới điện là không phù hợp 1.1.4.1.Định nghĩa công suất của Budeanu Năm 1927, Budeanu đã đề xuất... trình cơ bản trong phép tiếp cận của Fryze được liệt kê dưới đây Công suất tác dụng Pw: (0.26) Với Vw và Iw là điện áp và dòng điện tác dụng, chúng sẽ được định nghĩa ngay dưới đây; V và I là các giá trị điện áp và dòng điện hiệu dụng tính toán theo công thức (0.16) Cùng với đại lượng công suất tích cực Pw, các giá trị hiệu dụng này là cơ sở cho phép tiếp cận của Fryze Từ các đại lượng này, các thông... méo, ký hiệu là D, cũng được đề xuất bởi Budeanu Đại lượng mới này bổ sung thêm cho các đại lượng công suất đã được định nghĩa +)Công suất méo D được định nghĩa theo công thức: 2 2 2 D = S − P − Q 2 (0.19) Các đại lượng công suất định nghĩa trong các công thức (0.15), (0.16), (0.17), (0.18) và (0.19) đã được chấp nhận và sử dụng rộ ng rãi trong việc phân tích hệ thống dưới điều kiện không điều hòa... suất cực đại có thể đạt được khi hệ số công suất bằng 1” Định nghĩa của khái niệm hệ số công suất sẽ được đề cập đến trong phần tiếp theo 1.1.2 Dòng điện, điện áp và trở kháng phức Đôi khi, việc phân tích các hệ thống công suất có thể được đơn giản hóa đáng kể bằng cách biểu diễn dòng điện và điện áp bằng số phức thay vì biểu diễn trong miền thời gian Một hàm thời gian điều hòa f (t) , có tần số góc cho. .. nghĩa công suất của Budeanu Năm 1927, Budeanu đã đề xuất mộ t số định nghĩa về công suất mà cho đến nay vẫn có vai trò rất quan trọ ng trong việc phân tích hệ thống công suất trong miền tần số, sử dụng được ngay cả khi dòng áp không sin Tuy nhiên, do được định nghĩa trong miền tần số, việc ứng dụng chúng bị giới hạn chỉ trong trạng thái khi hệ thống đã xác lập Nói cách khác, chỉ sử dụng các định nghĩa... số công suất tác dụng λ đạt giá trị cực đại (λ = 1) nếu và chỉ nếu dòng điện và điện áp tức thời là tỷ lệ với nhau, ngược lại thì λ < 1 Tuy nhiên, dưới điều kiện không điều hòa, việc dòng điện và điện áp tức thời tỷ lệ với nhau chưa chắc đã đảm bảo việc truyển tải dòng công suất là tối ưu Nếu như những khái niệm được định nghĩa ở trên được áp dụng vào việc phân tích mạch điện 3 pha, chúng có thể dẫn