Điều khiển song song các bộ nghịch lưu trong hệ thống năng lượng mặt trời

Nội dung text: Điều khiển song song các bộ nghịch lưu trong hệ thống năng lượng mặt trời

1. ĐIỀU KHIỂN SONG SONG CÁC BỘ NGHỊCH LƢU TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 1Lương Thị Thanh Tuyền 1Cao Đẳng Nghề Tây Ninh Tỉnh Tây Ninh Tĩm tắt –Bài báo trình bày điều khiển song năng mang dịng điện lớn của các thiết bị bán song các bộ nghịch lƣu trong hệ thống năng dẫn bị hạn chế. Một lý do khác là các bộ nghịch lƣợng mặt trời. Trong đĩ đề xuất bộ điều lưu hoạt động song song sẽ tạo thành hệ thống khiển droop cải tiến cho phép chia tải chính dự phịng, nâng cao độ tin cậy hệ thống đồng xác tỷ lệ với cơng suất định mức của bộ nghịch lƣu đảm bảo giảm sụt áp do ảnh thời tạo tính linh hoạt cho phép đĩng ngắt nguồn hƣởng của tải và các hệ số droop và duy trì vào lưới một cách dễ dàng. [2]. Hình. 1 mơ tả điện áp tải trong phạm vi định mức. Trong đĩ cấu trúc Microgrid cung cấp điện với một số bộ cơng suất tác dụng và cơng suất phản kháng nghịch lưu kết nối song song và chia tải thơng đƣợc chia bằng cách điều chỉnh điện áp theo qua một bus AC chung . điện áp Droop tham chiếu trong điều kiện nhiều bộ nghịch lƣu làm việc song song với sự khác biệt rõ rệt giữa tổng trở đƣờng dây, tổng trở ngõ ra của các bộ nghịch lƣu áp. Ngồi ra bài báo trình bày khả năng khắc phục những nhƣợc điểm của giải thuật Droop truyền thống bằng việc phân tích lý thuyết cho trƣờng hợp tổng trở ngõ ra mang tính trở. Mơ hình điều khiển đƣợc mơ phỏng bằng Matlab-Simulink cho ba bộ biến tần nguồn áp kết nối song song. Kết quả mơ phỏng cho thấy ƣu điểm của sơ đồ đề xuất, cụ thể sai số chia cơng suất tác dụng của sơ đồ truyền thống đạt đến 8.7% trong khi với sơ đồ đề xuất là 0.6% Hình 1. Cấu trúc Microgrid gồm các bộ nghịch và độ sụt áp giảm đáng kể trong sơ đồ đề lưu kêt nối song song xuất. Việc kết nối song song các các bộ nghịch lưu Từ khố – Các bộ nghịch lưu song song, chung thanh cái AC là vấn đề khĩ khăn và phức điều khiển Droop truyền thống, điều khiển tạp hơn nhiều so với việc kết nối song song các Droop đề xuất, chia cơng suất. nguồn DC, vì mỗi bộ nghịch lưu phải đảm bảo I. GIỚI THIỆU chia đúng tải đồng thời đảm bảo đồng bộ trong Hiện nay hệ thống lưới phân phối điện cục bộ hệ thống. Về lý thuyết, nếu điện áp đầu ra của (DG) sử dụng nguồn năng lượng tái tạo mặt trời, mỗi nghịch lưu cĩ cùng một biên độ, tần số và giĩ và nguồn lưu trữ được phát triển rộng rãi. độ lệch pha, dịng điện tải sẽ được phân phối Tuy nhiên các nguồn điện này khơng trực tiếp đồng đều. Tuy nhiên, do sự khác biệt về thơng tạo ra điện áp xoay chiếu 3 pha được, vì vậy yêu số giữa chúng cũng như các sự khác biệt trở cầu phải sử dụng các bộ nghịch lưu nguồn áp 3 kháng đường dây kết nối, dịng tải sẽ khơng pha làm giao diện. Các bộ nghịch lưu này tạo bằng nhau và thực tế này sẽ dẫn đến việc xuất lưới siêu nhỏ (Microgrid) trước khi kết nối với hiện dịng điện cân bằng chạy giữa các bộ biến lưới điện [1]. đổi và cĩ thể gây quá tải hoặc thậm chí gây hư hỏng [2]. Để truyền tải lượng cơng suất lớn hay kết nối nhiều nguồn phát với lưới cần thiết kết nối và Vấn đề đặt ra trong việc kết nối song song các vận hành song song các bộ nghịch lưu do khả bộ nghịch lưu là làm thế nào để chia tải và đảm 1
2. bảo chúng được kết nối hay ngắt một cách linh các bộ nghịch lưu. Một vấn đề khác đặt ra là hoạt khơng ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ điện áp đầu ra giảm do sự gia tăng của tải và do thống. Sự phát triển nhanh chĩng của các bộ xử chính bộ điều khiển Droop [4]. Do đĩ, vấn đề lý tín hiệu kỹ thuật số đã làm tăng các kỹ thuật chia tải tỷ lệ cần phải được nghiên cứu trên cơ sở điều khiển hoạt động song song các bộ nghịch hệ thống. lưu. Những sơ đồ điều khiển cĩ thể được phân thành hai nhĩm chính [2] Trong các sơ đồ điều khiển Droop truyền thống, để chia cơng suất theo tỷ lệ cơng suất định mức Dạng thứ nhất dựa trên các kỹ thuật chia tải tích các bộ nghịch lưu kết nối song song, các bộ cực, và phần lớn trong số họ cĩ nguồn gốc từ các nghịch lưu phải cĩ cùng trở kháng và phải cĩ sơ đồ điều khiển song song các bộ dc-dc, như điện áp tại điểm kết nối phải bằng nhau. Cả hai điều khiển tập trung, dạng master-slave (MS), điều kiện rất khĩ thực hiện và đây là lý do chính chia tải trung bình (ALS) , và điều khiển chuỗi khi áp dụng giải thuật truyền thống khĩ đạt được trịn (3C). Mặc dù các sơ đồ điều khiển này đều độ chính xác của việc chia cơng suất khi thơng đạt được kết quả điều khiển điện áp và chia tải số của đường dây kết nối khác nhau. tốt nhưng các sơ đồ này yêu cầu bắt buộc cĩ giao tiếp trao đổi tín hiệu giữa các bộ nghịch lưu Bài báo đề xuất sơ đồ điều khiển Droop mới cho thơng qua hệ thống truyền thơng. phép chia tải tỷ lệ chính xác giữa các bộ nghịch lưu vận hành song song trong hệ thống năng Dạng thứ hai hoạt động dựa trên việc sử dụng lượng mặt trời, trong điều kiện khác biệt về nguyên lý Droop, được sử dụng rộng rãi trong hệ thơng số đường dây và trở kháng đầu ra bộ thống phát điện thơng thường . Ưu điểm là nghịch lưu. khơng cần hệ thống thơng tin truyền thơng giữa các bộ nghịch lưu với nhau Theo phương pháp II. PHÂN TÍCH PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIA TẢI (DROOP CONTROL) này việc điều chỉnh tần số và biên độ điện áp đầu ra được thực hiện theo cơng suất tác dụng và Phương pháp điều khiển trượt (Droop control) cơng suất phản kháng cung cấp bởi bộ nghịch các bộ nghịch lưu - cịn được gọi là phương pháp lưu. Phương pháp droop đạt được độ tin cậy cao điều khiển độc lập hay khơng dây, hoạt động và tính linh hoạt trong phân bố các mơ-đun, vì dựa trên nguyên lý trong hệ thống điện, tức là chỉ sử dụng phép đo cơng suất tại chỗ. dựa trên nguyên lý tự điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ trong chế độ kết nối lưới : cơng Tuy nhiên, phương pháp droop truyền thống cĩ suất tác dụng tăng khi điện áp giảm, cơng suất một số nhược điểm làm hạn chế phạm vi ứng phản kháng tăng khi tần số lưới tăng. dụng của nĩ, như: đáp ứng chậm với sự thay đổi của tải; phải cân bằng giữa độ chính xác trong Trong trường hợp các bộ nghịch lưu kết nối song chia cơng suất và độ lệch tần số và điện áp; mất song, cơng suất tác dụng và cơng suất phản cân bằng thành phần hài dịng điện; và phụ thuộc kháng cung cấp cho các thanh cái AC là giá trị nhiều vào đường dây và trở kháng đầu ra của trung bình, và vì vậy tín hiệu này sẽ được sử biến tần. dụng để làm tín hiệu tham chiếu điều chỉnh tần số và biên độ điện áp đầu ra của các bộ nghịch Vì vậy, mặc dù cĩ sự tiến bộ đáng kể trong việc lưu. Phương pháp droop đạt được độ tin cậy cao nghiên cứu các giải pháp, nhưng vẫn tồn tại vấn và đảm bảo tính linh hoạt trong việc sắp đặt vị trí đề chia tải chính xác tỷ lệ với cơng suất định ý của các mơ-đun vì nĩ chỉ sử dụng các phép đo mức của bộ nghịch lưu. Đặc biệt, độ chính xác tại chỗ. trong việc chia tải của cơng suất phản kháng (theo Q-E và P-ω droop) là khơng cao [3]. Một Nguyên tắc của phương pháp điều khiển trượt số phương pháp phát triển để chia sẻ tải bằng truyền thống được giải thích bằng cách xem xét nhau, như trong [4], khơng thể áp dụng trực tiếp một mạch tương đương của một bộ nghịch lưu để chia sẻ theo tỷ lệ theo cơng suất định mức của kết nối với AC bus và phân tích dựa trên định lý 2
3. Thevenin được thể hiện ở hình 2. Trong hình VEVVE2 Q (0 cos 0 )sin  0 sin  cos  (5) này, E∠ là điện áp hở mạch của bộ nghịch lưu, ZZZ I là dịng điện,  độ lệch pha giữa điện áp đầu ra Các thành phần cảm ứng của các trở kháng bộ nghịch lưu và điện áp bus AC, V ∠00 là điện 0 đường dây trong lưới cao thế và trung thế cĩ giá áp bus AC chung, R + jωL là trở kháng đầu ra trị cao hơn nhiều so với thành phần điện trở, của biến tần, trong đĩ bao gồm các trở kháng ngược lại các thành phần cảm ứng của các trở đầu ra và trở kháng đường dây , và Z và θ là biên kháng đường dây trong lưới hạ thế là khơng độ và lệch pha tương ứng. đáng kể và chủ yếu là mang tính trở, như được trình bày trong. jwL R V0Ð 0 Do phạm vi bài báo liên quan đến lưới hạ thế, ở EÐ  I S=P+jQ đĩ thành phần điện trở của đường dây khá lớn so với thành phần cảm ứng của kháng trở bộ nghịch EÐ lưu do vậy cĩ thể coi cos = 1; sin = 0. Ngồi ra, thực tế gĩc lệch giữa điện áp điện áp đầu ra  jIX bộ nghịch lưu và điện áp bus AC  cĩ giá trị V0 IR nhỏ, do đĩ sin  và cos = 1, từ biểu thức (4) và (5) ta cĩ: I 2 EV00cos V RP Hình 2.(a) Sơ đồ tương đương của bộ nghịch lưu PE V 0 (6) kết nối Microgrid; (b) Biểu đồ vector điện áp RV0 dịng điện EV RQ Q i 0 sin (7) Sơ đồ điện được này được mơ tả bởi vector điện REV áp, dịng điện tương ứng được thể hiện trong 0 hình 2 (b). Biểu thức (6) và (7) cho thấy một mối quan hệ trực tiếp giữa gĩc điện (tần số) với cơng suất Cơng suất bộ nghịch lưu cung cấp được tính như phản kháng Q, và điện áp với cơng suất tác dụng sau: P. Từ những phương trình này, chúng ta cĩ thể 2 kết luận rằng Q tỷ lệ với gĩc pha và P tỷ lệ * VEV00 S V0 *( I P ) jQ Ð  Ð  (1) nghịch với hiệu điện áp (E-V ). Vì vậy, đặc tính ZZ 0 droop P-V và Q-ω được sử dụng theo cơng thức Trong đĩ I * - số phức lien hợp của vector dịng (8) như trình bày trên hình 3 điện và: E EÐ VV Ð0 E E* I 00 Ð()()  Ð  (2) ZZZÐ P Z R jX (3) P* w Do đĩ, cơng suất tác dụng và cơng suất phản kháng của bộ nghịch lưu cĩ thể biểu diễn dưới w* dạng sau: Q Q* VEVVE2 P (0 cos 0 )cos  0 sin  sin  (4) ZZZ Hình 3. Đặc tính droop điện áp và tần số khi tổng trở ngõ ra mang tính trở. 3
4. E EnP* điện phân phối và là nguồn áp được kết nối với (8) * thanh cái tải chung thơng qua đường dây. Để ww mQ đơn giản trong việc phân tích ta giả thiết các Trong đĩ w* và E* là tần số biên độ điện áp của đường dây cĩ điện trở lần lượt là R01 và R02 và bộ nghịch lưu khi khơng tải và m và n là hệ số thành phần cảm của đường dây là khơng đáng droop của tần số và biên độ điện áp. kể. Trên cơ sở biểu thức (8), sơ đồ điều khiển droop S1=P1+jQ1 S2=P2+jQ2 được thiết kế và được thể hiện như trong hình 4 V0Ð 0 01 ω* R R02 wt+  + Q E1Ð1 Load E2Ð2 ∫ + m ref vabc V Reference Voltage Power Generator Calculation E P iabc - n + Hình 5. Hai bộ nghịch lưu hoạt động song song E* Các điện áp tham chiếu tương ứng của hai Hình 4. Sơ đồ điều khiển Droop truyền thống bộ nghịch lưu Sơ đồ điều khiển Droop bao gồm các khối chính sau: a) khối tạo điện áp tham chiếu; b) khối tính vref1 2 E 1 sin(w 1 t 1 ) (10) tốn cơng suất tải và c) khối điều khiển cơng vref 2 2 E 2 sin(w 2 t 2 ) suất P,Q. Trong đĩ điện áp tham chiếu được tính như trong cơng thức (9) và cơng suất phản kháng Như sẽ được giải thích, để đạt được chia Q là tỷ lệ thuận với (-). Để đảm bảo rằng: các cơng suất chính xác, tất cả các bộ nghịch cần phải cĩ cùng điện áp tại điểm kết nối tải vịng hồi tiếp (Q - w) là vịng hồi tiếp âm mà nĩ vV Ð0. Như vậy cĩ thể điều chỉnh tần số, thì dấu trước (m*Q) 00 phải là dấu (+) để làm cho tần số tăng lên. Các v0 vrr ef1 R 01 i 1 v ef 2 R 02 i 2 (11) hệ số droop n và m thường được xác định bằng tỷ lệ điện áp giảm mong muốn (nP*/E*) và tỷ lệ Các hệ số m và n và được xác định dựa trên cơng tăng tần số (mQ*/E*), tương ứng, Trong đĩ P* là suất định mức và sai lệch tối đa cho phép của tần cơng xuất tác dụng và cơng suất phản kháng Q* định mức, E*, w* - điện áp và tốc độ gĩc bộ số sức và điện áp. nghịch lưu khi khơng tải. VV ww n 0dm ax 0 d min m max min vref 2 E sin(w t ) (9) Qmax Pmax III. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC SONG SONG CÁC Trong một microgrid với N bộ nghịch lưu kết BỘ NGHỊCH LƢU nối song song, và để cho các bộ nghịch lưu cĩ thể chia sẻ cơng suất theo tỷ lệ, các hệ số droop Phân tích hoạt động của các bộ nghịch lưu kết của nghịch lưu phải tỷ lệ nghịch với cơng suất nối song song tích hợp sơ đồ điều khiển Droop định mức tức là, ni , mi và phải thoả mãn các trong cấu hình lưới Microgrid như trình bày ràng buộc sau đây [6]. trong hình 5. Những phân tích trong các phần n1 P 1 n 2 P 2 nNN P E max tiếp theo sẽ được thực hiện đối với các trường (12) m1 Q 1 m 2 Q 2 mNN Q w max hợp với hai bộ nghịch lưu, tuy nhiên cĩ thể được áp dụng cho nhiều bộ nghịch lưu kết nối song Trong đĩ, wmax và Emax là độ lệch tốc độ gĩc song. Các bộ nghịch lưu trong hình 5 cĩ thể và điện áp tối đa cho phép, Pi và Qi là cơng suất được coi là tập hợp các nguồn của các mạng 4
5. tác dụng, cơng suất phản kháng định mức nguồn 1 thứ i. Từ biểu thức (12) cĩ thể suy ra PEii (19) ni nn n 12 N (13) Sai số chia cơng suất được xác định theo cơng m mm 12 N thức: A.Chia cơng suất tác dụng * PPEEEE1 212 EE (20) ep % * * * * Thay thế biểu thức (8) vào cơng thức (6) ta tính P1 P 2 n 1 P 1 n 2 P 2 nii P E được cơng suất tác dụng cung cấp bởi từng bộ nghịch lưu như sau: B. Chia cơng suất phản kháng Thay thế biểu thức (8) vào cơng thức (7) ta tính EV* cos EV* cos 10 20 được cơng suất cung cấp bởi từng bộ nghịch lưu P1 P2 (14) R01 R02 như sau: n11cos n22cos V0 V0 EV10 EV20 Q11 sin ; Q22 sin (21) Để hai bộ nghịch lưu chia cơng suất chính xác R01 R02 theo tỷ lệ, phải thỏa mãn điều kiện (12), nghĩa là: . Để đảm bảo tính chính xác của việc chia cơng suất phản kháng cho hai bộ nghịch lưu song EVcoscos EV1 02 0 (15) song, phải thỏa mãn điều kiện (12): n1 P 1 n 2 P 2 RR0102 coscos12 EVE V nVn V 1 02 0 (22) 1 02 0 Q1 m 1 Q 2 m 2 mm 11 22sinsin RR0102 Từ đĩ ta suy ra, để thỏa mãn điều (15) thì Khi hệ thống đang ở trạng thái xác lập, hai bộ nn12 nghịch lưu làm việc theo cùng một tần số w1=w2 tức là 1=2 và E1=E2 thì : RR0102 (16)  mm 12 12 (23) RR0102 Nĩi cách khác ni nên được chọn sao cho tỷ lệ với điện trở đầu ra R01 và độ lệch điện áp của từng Điều kiện để hai bộ nghịch lưu chia đều cơng bộ nghịch lưu phải bằng nhau. suất phản kháng thì Thay điều kiện (8) vào (6) ta được chênh lệch 12 điện áp giữa hai bộ nghịch lưu: mm12 (24) EVEV cos cos (17) EEE 1 0 2 0 21 RR RR0102 cos 01 cos 02 12nV n V 1 0 2 0 Từ (18) và (24) ta rút ra kết luận là để nghịch lưu Nếu (16) thỏa mãn thì (17) thỏa mãn và khi đĩ với trở kháng đầu ra là thuần trở đạt được chia cơng suất tác dụng chính xác tỷ lệ với cơng suất EEEEE 2 1 0 1 2 định mức của chúng trong điều kiện (18), thì cũng đạt được tỷ lệ thuận chia chính xác cơng Như vậy điều kiện để hai bộ nghịch lưu chia đều suất phản kháng. Nếu đạt được tỷ lệ thuận chia cơng suất tác dụng là cơng suất phản kháng theo điều kiện (24), thì cũng đạt được tỷ lệ thuận chia sẻ cơng suất tác EE12 dụng. nn12 (18) Như vậy với sơ đồ điều khiển Droop truyền RR01 02 thống, theo biểu thức (20) hệ số droop n giảm thì sai số chia cơng suất tăng, tuy nhiên độ sụt áp Theo (8) chênh lệch cơng suất tác dụng phụ nP* thuộc vào độ lệch điện áp: giảm ii và ngược lại khi n tăng độ sụt áp E* tăng và sai số chia cơng suất giảm vì vậy phải tối 5
6. ưu hĩa hai chỉ số này để hệ thống đạt đáp ứng Trong trạng thái xác lập tích phân bằng là 0, do yêu cầu. đĩ Để đảm bảo chia đều cơng suất tác dụng và phản n P k() E* V (27) kháng phải đảm bảo thỏa mãn đồng thời điều i ie 0 kiện E1 = E2 và 1 =2. Tuy nhiên, trong thực tế Điều kiện để các bộ nghịch lưu làm việc song việc đáp ứng yêu cầu này là rất khĩ khăn bởi vì song và chia cơng suất tác dụng tỷ lệ với cơng luơn luơn cĩ số lỗi tính tốn, nhiễu. Ngồi ra, độ suất định mức của chúng thì phải thỏa mãn điều lệch điện áp, sai khác chia cơng suất cịn phụ kiện (12), cĩ nghĩa là là vế phải luơn của biểu thuộc vào cơng suất tải, hệ số droop và thơng số thức (27) bằng nhau đối với tất cả các bộ nghịch trở kháng đường dây. Vì vậy, với giải thuật lưu. Điều này thực hiện bằng cách lựa chọn giá droop truyền thống việc chia tải chính xác là rất trị ke của các bộ nghich lưu là như nhau, tức là khĩ khăn. n P K() E * ons V c t (28) IV. SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN DROOP ĐỀ XUẤT i i e 0 Theo biểu thức (10), điện áp tải Vo giảm khi tải Như vậy đảm bảo chia cơng suất tác dụng chính tăng. Các điện áp cũng giảm do sự ảnh hưởng xác theo tỷ lệ mà khơng cần điều khiển cho điện áp các bộ nghịch lưu E phải bằng nhau như của hệ số droop, theo biểu thức (8). Hệ số ni i càng nhỏ thì điện áp giảm càng càng ít. Tuy trường hợp bộ điều khiển droop thơng thường. Độ chính xác của việc chia sẻ cơng suất tác dụng nhiên, hệ số ni cần phải đủ lớn để đáp ứng nhanh về cơng suất. Để đảm bảo rằng điện áp nằm khơng cịn phụ thuộc vào trở kháng đầu ra biến trong phạm vi yêu cầu, cần phải bù vào sụt áp tần (bao gồm cả trở kháng đường dây) và cũng là khơng bị ảnh hưởng với các lỗi tính tốn số E* -V0 một giá trị nhất định. học và rối loạn. Để giải quyết vấn đề trên, dựa vào nguyên tắc cơ bản của lý thuyết điều khiển, ta cĩ thể thêm vào Sai số trong việc chia sẻ cơng suất tác dụng xuất phát từ lỗi trong đo lường giá trị hiệu dụng của Ei thơng qua một bộ khuếch đại ke, và ta thu được bộ điều khiển droop cải tiến được trình bày điện áp tải. Từ (27), độ lệch cơng suất tác dụng trên hình 5. Với sơ đồ điều khiển này cĩ giảm ΔPi do sai số đo lường trị hiệu dụng điện áp đáng kể ảnh hưởng của lỗi tính tốn, nhiễu , ΔV0i được xác định: đồng thời đảm bảo chia cơng suất chính xác theo ke tỷ lệ và khơng phụ thuộc vào sự thay đổi của các PVii 0 (29) tham số. ni Đối với hai bộ nghịch lưu hoạt động song song * với cơng suất định mức P1*, P2*, Tỷ lệ sai sơ wt+  ω + Q chia cơng suất với sai số đo lường trị hiệu dụng ∫ + m điện áp ΔV0 = V02-V01 được xác định vabc Vref Power Reference Calculation * Voltage PPPP1 2 1 2 ke E V0 Generator E P iabc e % (30) - n p ∫ + P1 P 2 P 1 P 2 nii P E ke - RMS v + abc Nếu cảm biến đo tại điểm nối chung là chính xác E* thì Vo bằng 0 thì việc chia sẻ cơng suất chính xác cĩ thể đạt được. ep% là phần trăm sai số chia Hình 6. Sơ đồ điều khiển đề xuất tải và tỷ lệ với tỷ lệ sai số đo lường ΔVo/E*. Nếu điện áp V của tất cả các bộ nghịch lưu được đo Điện áp droop trong (4) cĩ thể viết lại như sau : o lường chính xác và bằng nhau thì sai số chia * cơng suất tác dụng theo tỷ lệ sẽ bằng 0. Ei E i E n i P i (25) Sơ đồ điều khiển cho phép giảm sụt giảm trong Và điện áp Ei cĩ thể xác định qua việc lấy tích điện áp tải. Từ (15), điện áp tải là phân Ei : t n n P E E dt (26) VEPEE i i i (31) ii 0 0 i * kee k E 6
7. Theo sơ đồ điều khiển đề xuất cĩ thể bù sự sụt 1. Khối tính tốn cơng suất – Power giảm điện áp do ảnh hưởng tải và hiệu ứng Calculation. droop và do đĩ, cung cấp khả năng tốt hơn nhiều điều chỉnh điện áp. Sự sụt giảm điện áp ở đây Như thể hiện trong hình dưới đây, giá trị tức thời khơng cịn được quyết định bởi các trở kháng của cơng suất tác dụng và phản kháng được tính đầu ra như trong sơ đồ truyền thống mà phụ từ điện áp và dịng điện ngõ ra của bộ nghịch lưu thuộc vào thơng số n , k và cơng suất P . Độ sụt đo được. Các thành phần cơng suất tức thời được i e i qua bộ lọc thấp qua, thể hiện trong (4), để thu áp niPi*/keE* điều khiển giảm bằng cách tăng ke. Tuy nhiên, khi cĩ sai số trong các phép đo điện được cơng suất tác dụng, phản kháng ở tần số cơ áp hiệu dụng giữa các bộ nghịch lưu, thì phải bản. Trong đĩ wc là tần số cắt của bộ lọc thơng cân nhắc giữa cải thiện chất lượng điện áp và độ thấp: chính xác của việc chia cơng suất vì sự sụt giảm 3 điện áp tỷ lệ thuận với ni/ke nhưng sai số chia Pv i() vd idq q (32) cơng suất lại tỉ lệ nghịch với ni/ke. 2 V. THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN 3 Q () vd i q v q i d (33) Từ kết quả phân tích ở phần IV, sơ đồ khối 2 Microgrid bao gồm ba bộ nghịch lưu kết nối w song song được trình bày trên hình 7. Trong đĩ Fs() c (34) các bộ nghịch lưu được tích hợp bởi bộ điều wc s khiển với tín hiệu vào chung là điện áp và tốc độ P đặt. Tín hiệu hồi tiếp bao gồm điện áp và dịng θ 3/2*(vd*id+vq*iq) Filter điện của đo lường của từng bộ nghịch lưu. vabc abc Q dq i 3/2*(vd*iq-vq*id) Filter Hình 8. Trình bày sơ đồ điều khiển 01 bộ nghịch abc lưu theo phương pháp đề xuất bao gồm: a) khối tính tốn cơng suất; b) khối điều khiển droop đề xuất; c) khốí điều khiển điện áp; d) khối điều khiển dịng điện Hình 7. Sơ đồ khối điều khiển Microgrid gồm ba bộ nghịch lưu kết nối song song 7
8. Hình 8. Sơ đồ điều khiển bộ nghịch lưu theo phương pháp đề xuất. Việc điều khiển chia cơng suất P và Q giữa Phương trình trạng thái cho vịng hồi tiếp áp các bộ nghịch lưu được thực hiện bằng sơ được viết như phương trình bên trên. Ngõ ra đồ điều khiển droop – như được trình bày của bộ điều khiển áp là dịng điện đặt vào bộ trong hình 6 phần IV. Tần số, điện áp đặt điều khiển dịng. này được thiết lập theo hệ số droop và pha 3. Vịng điều khiển dịng điện - Current được thiết lập bằng controller Loop. ww mQ (35) i Mơ hình của bộ điều khiển dịng cũng tương tự bộ điền khiển áp. Dịng điện trên cuộn lọc đầu w *t mQdt (36) i ra được điều khiển bằng bộ PI controller. 2 biến trạng thái cũng được lựa chọn để lập phương E [()] k E* V nP dt (37) trình trạng thái vịng điều khiển e 0 2. Vịng điều khiển điện áp – Voltage vid w L f i q K pc() i d i d K ic d (40) Control Loop. v w L i K() i i K (41) Hình 8 mơ tả bộ điều khiển áp bao gồm vịng iq fd pcq q icq điều khiển feedback và feedforward. Điện áp VI. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG ngõ ra được điều khiển bằng bộ PI, các phương trình quan hệ vào ra được lập như sau Mơ hình điều khiển được mơ phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink, trong đĩ thực hiện iid Fi d w C fq v K pvdd() v v K ivd (38) điều khiển 3 bộ nghịch lưu cơng suất định mức 2kW với thơng số mơ hình được trình bày trong iiq Fi q w C fq v K pvq() v v q K ivq (39) bảng 1 theo hai phương pháp: truyền thống và phương pháp đề xuất trong 4 trường hợp. Kết 8
9. quả mơ phỏng được so sánh,đánh giá và kết luận. Bảng 1: Các thơng số cơ bản của các biến tần. Ký hiệu Tham số Giá trị Điện áp ngõ ra danh E* (V) 311 định w* (rad/s) Tần số danh định 2π50 n (V/W) Hệ số droop điện áp 1x10-2 m Hệ số droop tần số 34.3e-6 (Hz/Var) ke Hệ số 1 VDC Điện áp ngõ vào 600V Rf () Điện trở cuộn lọc 0.1; Cf (F) Tụ lọc ngõ ra 20e-6F Tải (kW) Tải chung lớn nhất 6. Hình 10. Cơng suất các bộ nghịch lưu theo sơ đồ đề xuất. a) Trường hợp 1- cơng suất định mức các inverter và thơng số đường dây là như nhau và cĩ giá trị theo bảng dưới đây. b) Trường hợp 2- cơng suất định mức các inverter như nhau, thơng số đường dây là Thơng số Inverter 1 Inverter 1 Inverter 1 khác nhau và cĩ giá trị theo bảng dưới đây. R() 0.7 0.7 0.7 L(H) 0.002 0.002 0.002 Thơng số Inverter 1 Inverter 2 Inverter 3 Pdm*(pu) 1 1 1 R() 0.3 0.7 0.9 L(H) 0.001 0.002 0.003 Mơ phỏng được tiến hành cho hai sơ đồ truyền Pdm*(pu) 1 1 1 thống và sơ đồ đề xuất với tải chung là 4.5 kW được thể hiện trên hình 9, 10. Kết quả cho thấy Mơ phỏng được tiến hành cho hai sơ đồ truyền khả năng đáp ứng và chia tải của hệ thống là rất thống và sơ đồ đề xuất với tải chung là 4.5 kW tốt, độ sai số khi chia cơng suất tác dụng và được thể hiện trên hình 11, 12. Kết quả cho phản kháng là như nhau và gần bằng 0. thấy thời gian xác lập của sơ đồ truyền thống nhanh hơn so với sơ đồ đề xuât (3 s). Sai số khi chia cơng suất phản kháng của hai sơ đồ là như nhau và bằng 0. Tuy nhiên, sai số khi chia cơng suất tác dụng của sơ đồ truyền thống là khá lớn đặc biệt giữa inverter 1 và inverter 3 là 8,7%, trong khi sai số trong sơ đồ đề xuất là khơng đáng kể. Hình 9. Cơng suất các bộ nghịch lưu theo sơ đồ truyền thống. Hình 11. Cơng suất các bộ nghịch lưu theo sơ đồ truyền thống. 9
10. Hình 12. Cơng suất các bộ nghịch lưu theo sơ Hình 14. Cơng suất các bộ nghịch lưu theo sơ đồ đề xuất. đồ đề xuất. c) Trường hợp 3- cơng suất định mức các d) Trường hợp 4- thay đổi tải chung với inverter, thơng số đường dây là khác nhau và cơng suất định mức các inverter, thơng số cĩ giá trị theo bảng dưới đây. đường dây là khác nhau và cĩ giá trị theo bảng dưới đây. Thơng số Inverter 1 Inverter 2 Inverter 3 R() 0.3 0.7 0.9 Thơng số Inverter 1 Inverter 2 Inverter 3 L(H) 0.001 0.002 0.003 R() 0.3 0.7 0.9 Pdm*(pu) 1 1 1/2 L(H) 0.001 0.002 0.003 Mơ phỏng được tiến hành cho hai sơ đồ truyền Pdm*(pu) 1 1 1/2 thống và sơ đồ đề xuất với tải chung là 4.5 kW Mơ phỏng được tiến hành cho hai sơ đồ truyền được thể hiện trên hình 13, 14. Kết quả cho thống và sơ đồ đề xuất với tải chung thay đổi từ thấy sai số khi chia cơng suất phản kháng của 4.5 kW đến 6 kW được thể hiện trên hình 15, hai sơ đồ là như nhau và rất nhỏ. Các bộ 16. Kết quả cho thấy đáp ứng của hai sơ đồ là nghịch lưu chia tải tỷ lệ theo cơng suất định như nhau. Trong đĩ, thời gian xác lập của sơ đồ mức của chúng. Tỷ lệ chia tải trong sơ đồ đề truyền thống nhanh hơn so với sơ đồ đề xuât. xuất được đảm bảo và chính xác. Sai số khi Tuy nhiên, sai số khi chia cơng suất tác dụng chia cơng suất tác dụng củasơ đồ truyền thống của sơ đồ truyền thống giữa các inverter lớn giữa inverter 1 và inverter 2 là 7,2% , giữa hơn nhiều sơ với sơ đồ đề xuất. Dạng điện áp inverter 1 và inverter 3 là 3,4% trong khi sai số và dịng điện được thể hiện trong hình 17 và 18 trong sơ đồ đề xuất là 0.6% và 0.1%. cho thấy độ sụt áp của của sơ đồ truyền thống lớn hơn so với sơ đồ đề xuất: khi tải định mức 14V so với 8V; và 9V so với 4V. Hình 13. Cơng suất các bộ nghịch lưu theo sơ Hình 15. Cơng suất các bộ nghịch lưu theo sơ đồ truyền thống. đồ truyền thống. 10
11. VII. KẾT LUẬN Bài báo đã trình bày sơ đồ điều khiển Droop cải tiến cho phép chia cơng suất chính xác tỷ lệ với cơng suất định mức của các bộ nghịch lưu kết nối song song trong hệ thống năng lượng mặt trời. Sơ đồ đề xuất khơng yêu cầu điều kiện bằng nhau của các điện áp ra của các bộ nghịch, hay tỷ lệ điện trở của các đường dây với hệ số droop. Kết quả mơ phỏng cho nhiều bộ nghịch lưu cho thấy ưu điểm vượt trội của sơ đồ đề xuất so với sơ đồ truyền thống đặc biệt được thể hiện trong trường hợp thơng số đường dây kết nối của các bộ nghịch lưu khác nhau. Khi đĩ, sai số chia cơng suất tác dụng của sơ đồ Hình 16. Cơng suất các bộ nghịch lưu theo sơ truyền thống đạt đến 8.7% trong khi với sơ đồ đồ đề xuất. đề xuất là 0.6%. Độ sụt áp trong sơ đồ đề xuất được cải thiện từ 50%-65% so với sơ đồ truyền thống. Hình 17: Điện áp và dịng điện tải trong sơ đồ truyền thống Hình 18: Điện áp và dịng điện tải trong sơ đồ đề xuất 11
12. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R. Lasseter, “Microgrids,” inProc. IEEE Power Eng. Soc. Winter Meeting,2002, vol. 1, pp. 305– [5] Wei Yao, Min Chen, José Matas, Josep M. 308. Guerrero,Senior Member, IEEE,and Zhao-Ming Qian,Senior Member, IEEE “Design and Analysis [2] J. Guerrero, J. Vasquez, J. Matas, M. Castilla, of the Droop Control Method for Parallel Inverters and L. García de Vicuđa,“Control strategy for Considering the Impact of the Complex Impedance flexible microgrid based on parallel line-interactive on the Power Sharing”. IEEE Trans On Inductrial UPS systems,”IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, Electronics, vol. 58, no. 2, pp. 576–588, Feb. 2011. no. 3, pp. 726–736, Mar. 2009. [6] J. Guerrero, L. Hang, and J. Uceda, “Control of [3] M. Chandorkar, D. Divan, and R. Adapa, distributed uninterruptible power supply systems,” “Control of parallel connected inverters in IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 8, pp. 2845– standalone AC supply systems,” IEEE Trans. Ind. 2859, Aug. 2008. Appl.,vol. 29, no. 1, pp. 136–143, Jan./Feb. 1993. [4] C. K. Sao and P. W.Lehn, “Autonomous load sharing of voltage source converters,”IEEE Trans. Power Del., vol. 20, no. 2, pp. 1009–1016, Apr. 2005. Tp.HCM, ngày tháng 05 năm 2016 Tp.HCM, ngày 20 tháng 05 năm 2016 Giảng viên hƣớng dẫn Ngƣời thực hiện Lƣơng Thị Thanh Tuyền 12
13. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CƠNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên cĩ xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa cĩ sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CĨ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.