TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hà Nội, 08/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA MỨC MCC NỐI LƯỚI Trưởng môn : PGS.TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : TS Phạm Việt Phương Sinh viên thực : Đoàn Văn Dương Lớp : ĐK-TĐH 03 K56 MSSV : 20111306 Giáo viên duyệt : Hà Nội, 08/2018 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp với tên đề tài: “Xây dựng cấu trúc điều khiển nghịch lưu đa mức MMC nối lưới” em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Phạm Việt Phương Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 18 tháng năm 2018 Sinh viên thực Đồn Văn Dương MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN BỘ BIẾN ĐỔI NGHỊCH LƯU ĐA MỨC MMC 1.1 Giới thiệu MMC 1.2 Bộ nghịch lưu đa mức MMC nối lưới 1.3 Nguyên lý hoạt động Sub-Module 1.4 Phân tích mơ hình hóa biến đổi MMC 1.5 Nội dung đồ án 11 CHƯƠNG 13 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ NLM CHO BỘ NGHỊCH LƯU ĐA MỨC MMC 13 2.1 Tổng quan phương pháp điều chế NLM 13 2.2 Áp dụng phương pháp NLM cho MMC 14 2.2.1 Phương trình tốn học 14 2.2.1 Phương pháp NLM cải tiến áp dụng cho biến đổi MMC 14 2.2.2 Thuật toán cân lượng 16 2.2.3 Tần số phát xung 18 CHƯƠNG 21 XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA MỨC MMC NỐI LƯỚI 21 3.1 Thiết kế điều khiển dòng điện 22 3.2 Thiết kế điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng 22 3.3 Thiết kế điều khiển điện áp chiều 26 3.4 Sơ đồ cấu trúc điều khiển tổng quát cho MMC 27 CHƯƠNG 36 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO MMC 36 4.1 Thiết kế mạch lực 36 4.1.1 Mục đích tính tốn thiết kế mạch lực 36 4.1.2 Tính toán mạch lực 36 4.2 Thiết kế mạch đo 38 4.2.1 Mục đích tính tốn thiết kế mạch đo 38 4.2.2 Tính tốn mạch đo dịng điện điện áp 39 4.3 Mạch ADC 44 4.4 Thiết kế mạch driver 45 4.4.1 Mục đích tính tốn thiết kế mạch driver 45 4.4.2 Thiết kế mạch driver 46 4.4.3 Mạch đệm 47 4.5 Sơ đồ thiết kế hệ thống MMC 48 CHƯƠNG 50 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 50 5.1 Sơ đồ thực nghiệm hệ thống biến đổi MMC 50 5.2 Thực nghiệm mạch lực 51 5.3 Thực nghiệm mạch đo 52 5.3.1 Sơ đồ thiết kế mạch in 52 5.3.2 Kết thực nghiệm mạch đo lường 52 5.4 Thực nghiệm mạch driver 55 5.5 Kết thực nghiệm 56 5.5.1 Kết mô 56 5.5.2 Kết thực nghiệm 58 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc biến đổi MMC Hình 1.2 Cấu hình Sub-module (SM) Hình 1.5 Quá trình nạp điện cho tụ điện SM Hình 1.6 Trạng thái hoạt động SM Hình 1.7 Mơ hình cấu tạo MMC Hình 1.8 Mơ hình trung bình pha MMC Hình 2.1 Dạng bước điện áp điện áp sin chuẩn 13 Hình 2.2 Sơ đồ phương pháp NLM cải tiến 14 Hình 2.3 Nguyên lý phương pháp NLM cải tiến 15 Hình 2.4 Sơ đồ khối thuật tốn cân lượng 16 Hình 2.5 Lưu đồ thuật tốn cân băng lượng 17 Hình 2.6 Đồ thị phát xung cho nhánh pha 18 Hình 2.7 Đồ thị tín hiệu phát xung cho một nhánh 19 Hình 3.1 Sơ đồ ba pha MMC 21 Hình 3.2 Sơ đồ mạch vòng dòng điện 23 Hình 3.3 Cấu trúc điều khiển mạch vòng dòng điện 24 Hình 3.4 Sơ đồ khối mạch vịng công suất 25 Hình 3.5 Cấu trúc điều khiển mạch vịng công suất 26 Hình 3.6 Sơ đồ mạch vịng điều khiển điện áp DC 27 Hình 3.7 Sơ đồ tổng quát cấu trúc điều khiển biến đổi đa mức MMC 28 Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc điều khiển cho hệ thống MMC 28 Hình 3.9 Sơ đồ mô nghịch lưu đa mức MMC nối lưới Matlab 30 Hình 3.10 Đáp ứng dòng điện 30 Hình 3.11 Đáp ứng cơng suất tác dụng P 31 Hình 3.12 Đáp ứng cơng suất tác phản kháng Q 31 Hình 3.13 Điện áp ba pha đầu MMC 32 Hình 3.14 Điện áp tụ điện SM 32 Hình 3.16 Đáp ứng cơng suất đầu MMC 33 Hình 3.17 Đồ thị dòng điện đầu MMC 34 i Danh mục hình vẽ Hình 3.18 Đồ thị điện áp DC MMC 34 Hình 3.19 Đồ thị điện áp đầu MMC 35 Hình 3.20 Đồ thị dịng điện MMC 35 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch SM 36 Hình 4.2 Cấu trúc mạch đo dòng điện nhánh 38 Hình 4.3 Cấu trúc mạch đo điện áp tụ SM 39 Hình 4.4 Mạch đo dịng điện 39 Hình 4.5 Mạch đo điện áp tụ SM 42 Hình 4.6 Mạch ADC thực IC MCP3208 44 Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý mạch Driver 45 Hình 4.8 Khối nguồn cấp cho mạch driver 46 Hình 4.9 Sơ đồ thiết kế mạch driver 47 Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý mạch đệm 47 Hình 4.11 Cấu trúc hệ thống MMC với N = 48 Hình 4.12 Sơ đồ thiết kế hệ thống MMC 49 Hình 5.1 Sơ đồ thiết kế thực nghiệm hệ thống MMC với N = 50 Hình 5.2 Bo mạch lực (2 SM bo mạch) 51 Hình 5.3 Xung đóng cắt cho van IGMT 51 Hình 5.4 Mạch thực mạch đo dịng áp 52 Hình 5.5 Đồ thị thể kết thực nghiệm đo điện áp mạch đo áp 53 Hình 5.6 Đồ thị kết thực nghiệm hệ số khuếch đại mạch đo áp 53 Hình 5.7 Đồ thị kết thực nghiệm đo áp mạch đo dịng điện 54 Hình 5.8 Đồ thị kết thực nghiệm hệ số khuếch đại mạch đo dịng 55 Hình 5.9 Bo mạch thực mạch Driver 55 Hình 5.10 Kết thực nghiệm đo xung đầu mạch driver 55 Hình 5.11 Kết mơ điện áp pha đầu với N=4 56 Hình 5.12 Kết mơ dịng điện nhánh pha a với N=4 56 Hình 5.13 Kết mơ dịng điện nhánh pha a với N=4 57 Hình 5.14 Kết mơ dịng điện ba pha với N=4 57 Hình 5.15 Kết mơ dịng điện chảy vịng pha a với N=4 57 Hình 5.16 Kết thực nghiệm mô điện áp pha đầu với N=4 58 ii Danh mục hình vẽ Hình 5.17 Kết thực nghiệm mơ dịng điện nhánh pha A 58 Hình 5.18 Kết thực nghiệm mơ dịng điện nhánh pha A 59 Hình 5.19 Kết thực nghiệm mơ dịng điện i_diff chảy vòng mạch 59 iii Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG Bảng 1.2 Trạng thái Sub–Module (SM) CHƯƠNG Bảng 2.1 Thơng số số lần đóng cắt SM nhánh 20 CHƯƠNG Bảng 3.1 Bảng giá trị thông số nghịch lưu đa mức MMC nối lưới 29 Bảng 3.2 Bảng giá trị điều khiển dịng điện cơng suất cho MMC 29 Bảng 3.3 Bảng giá trị điều khiển điện áp DC cho MMC 33 CHƯƠNG Bảng Bảng số liệu giá trị điện cảm nhánh điện dung tụ điện 38 CHƯƠNG Bảng Kết thực nghiệm mạch đo áp 52 Bảng Kết thực nghiệm mạch đo dòng 54 Bảng Thông số thực nghiệm 56 iv Danh mục từ viết tắt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT HVDC Hight Voltage Direct Curent SM Sub-module MMC Modular Multilevel Converter IGBT Insulated Gate Bipolar Transistors NLM Nearest Level Modulation PLL Phase-Locked Loop STATCOM Static Synchronous Compensator v