BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC DẠNG KẸP ĐA BẬC – MLC 2 VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc – MLC 2
1.1.1 Cấu tạo bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc – MLC 2
Bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc (MLC 2) là phiên bản cải tiến của bộ nghịch lưu dạng kẹp diode truyền thống, trong đó điện áp của từng pha không được kết nối trực tiếp với các nguồn và tụ điện DC Thay vào đó, điện áp được lấy từ các điểm điện áp phụ do các khóa trong bộ khóa kẹp điện áp đa bậc MCU điều khiển, cùng với hai điểm điện áp thấp nhất (V1) và lớn nhất (Vn).
Bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp n bậc gồm có hai phần: m khóa kẹp điện áp (MCU) m n2 bậc hoặc 3 1
m n bậc dùng để đóng, ngắt kết nối lần lượt một số bậc điện áp trên tụ (nguồn) DC đến điểm điện áp phụ pi
Khóa nghịch lưu (PL) m2bậc kết nối điểm điện áp V1, Vn và các điểm điện áp phụ Vp với ngõ ra của pha nghịch lưu
Khóa nghịch lưu m + 2 bậc pha a
Khóa kẹp điện áp đa bậc
(Multilevel Clamping Unit) Điểm điện áp phụ
Hình 1.1 Nguyên lý cấu tạo bộ nghịch lưu đa bậc dạng MLC 2
Bộ nghịch lưu MLC 2 có cấu tạo tương tự như bộ nghịch lưu m+2 bậc dạng kẹp diode truyền thống, với điện áp ở mỗi bậc (ngoại trừ bậc thấp nhất và bậc cao nhất) được điều khiển để đạt được mức điện áp mong muốn.
m n bậc điện áp khác nhau Khi đó điện áp ngõ ra của PL sẽ nhận được n bậc điện áp khác nhau
1.1.2 Vai trò của từng cụm linh kiện
Khóa kẹp đa bậc (MCU) có chức năng cung cấp các mức điện áp cho các tụ điện, nhằm tạo ra điểm điện áp phụ Vpi, hỗ trợ cho việc điều khiển trạng thái điện áp của khóa đóng ngắt trong bộ nghịch lưu Định mức linh kiện trong cụm này liên quan đến điện áp của từng tụ điện hoặc nguồn DC.
Định mức này tương đương với định mức của bộ nghịch lưu truyền thống, với điểm mới là các khóa kẹp đa bậc (MCU) so với bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp diode truyền thống.
Khóa nghịch lưu đa bậc kết nối với ngõ ra của pha PL có nhiệm vụ tạo ra điện áp pha trung tâm cần thiết cho pha tương ứng Loại khóa này tương tự như bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp diode cổ điển với m + 2 bậc Định mức linh kiện trên cụm đóng ngắt được xác định dựa trên điện áp chênh lệch lớn nhất giữa hai MCU, cộng với điện áp trên một tụ điện hoặc nguồn DC.
1.1.3 Nguyên lý hoạt động Điện áp của pha a trong hình 1.1 được điều khiển bằng cách kết hợp điều khiển khóa đóng ngắt điện áp kẹp (MCU) và khóa nghịch lưu PL Việc điều khiển trạng thái của khóa nghịch lưu đa bậc pha a (phase leg a – PL a) sẽ nối điện áp ngõ ra Va với điểm điện áp phụ Vpi hay V+n, V-n Khi trạng thái của khóa nghịch lưu đa bậc pha a được nối với trạng thái điện áp phụ pi, thì trạng khóa kẹp điện áp đa bậc thứ i (MCUi) được điều khiển để nối điện áp pha a với điện áp trên nguồn thích hợp
Khóa nghịch lưu đa bậc chỉ thay đổi trạng thái đóng, ngắt khi cần điều chỉnh kết nối với điểm điện áp phụ của MCU khác hoặc điện áp V0, Vn+ Nếu chỉ cần thay đổi điện áp trong phạm vi điều khiển của một MCU, trạng thái đóng ngắt của PL sẽ không thay đổi, mà chỉ điều chỉnh trạng thái đóng, ngắt của MCU tương ứng với bậc điện áp.
Nếu tất cả các điểm điện áp phụ của bộ nghịch lưu không được sử dụng bởi một MCU, thì trạng thái đóng và ngắt các khóa của MCU đó không cần phải xem xét.
1.1.4 Bộ nghịch lưu 5 bậc dạng kẹp đa bậc - MLC 2 5 bậc
Bộ nghịch lưu 5 bậc dạng kẹp đa bậc bao gồm một MCU ba bậc và các PL ba bậc, như thể hiện trong hình 1.2 Khóa MCU được kết nối với các điểm điện áp.
Bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc được thiết kế với phần điện áp kẹp dùng chung, bao gồm một MCU ba bậc với bốn khóa chung cho ba pha V2, V3 và V4 được điều khiển để đóng ngắt, tạo ra điện áp theo yêu cầu tại điểm điện áp phụ Vp1 ở điểm p1 Việc điều khiển PL cho phép tạo ra điện áp cần thiết cho pha a, tương ứng với V1, V5 hoặc Vp1 Các linh kiện trong bộ MCU này có định mức điện áp trên mỗi tụ điện.
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu 5 bậc dạng kẹp đa bậc
Bộ nghịch lưu bao gồm thêm ba PL ba bậc để điều khiển điện áp ngõ ra là
V1, V5 hay Vp1 theo yêu cầu Do Vp1 được cấp độc lập từ bộ MCU có thể nhận các giá trị V2, V3, V4 nên định mức linh kiện của từng PL là
Theo cấu trúc bộ nghịch lưu 5 bậc MLC 2 , hình 1.3, ta cần tổng cộng 12 khóa đóng ngắt và 8 diode
Hình 1.3 Cấu trúc bộ nghịch lưu MLC 2 năm bậc với phần kẹp điện áp đa bậc dùng chung
1.1.4.2 Nguyên lý hoạt động Điện áp trên mỗi pha được điều khiển bằng việc điều khiển các khóa đóng, ngắt trên PL của pha tương ứng và trên khối MCU Các khóa đóng, ngắt trên PL được điều khiển để điện áp pha tương ứng đạt giá trị V1, V5 hoặc Vp1 Để điện áp pha cần điều khiển đạt được điện áp V2, V3 hay V4 thì cần điều khiển MCU vào giá trị tương ứng cần thiết, đồng thời điều khiển khóa trên PL vào điểm điện áp Vp1 Khi đóng ngắt các khóa theo nguyên tắc đối nghịch thì ứng với giá trị điện áp “pha a” là trạng thái đóng ngắt của các khóa được thể hiện trong bảng 1.1
Bảng 1.1 trình bày trạng thái đóng và ngắt các khóa nhằm tạo điện áp pha tâm nguồn trên “pha a” Đối với bộ nghịch lưu 5 bậc MLC 2 sử dụng chung MCU, khi điện áp của một pha đạt giá trị Vp1, hai pha còn lại chỉ có thể nhận giá trị điện áp nhất định.
Bộ nghịch lưu V1, V5 chỉ có thể cung cấp giá trị điện áp từ điểm Vp1 mà không thể yêu cầu điện áp khác Điều này cho thấy bộ nghịch lưu này tương ứng với bộ nghịch lưu ba bậc, trong đó bậc điện áp ở giữa có khả năng nhận một trong ba giá trị điện áp khác nhau.
Phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc – MLC 2
1.2.1 Phương pháp điều khiển tổng quát
Bộ nghịch lưu đa bậc MLC 2 gặp khó khăn trong việc cung cấp đồng thời các trạng thái điện áp cho từng pha khi các điện áp yêu cầu nằm trong cùng khu vực điều khiển của một MCU Do đó, cần xem xét cẩn thận các phương pháp điều khiển phù hợp cho bộ nghịch lưu này Một trong những phương pháp khả thi là điều chế độ rộng xung bằng phương pháp véctơ không gian (SVPWM), cho phép bộ nghịch lưu MLC 2 điều chế trực tiếp hầu hết các véctơ không gian cơ bản trong từng sector, phục vụ cho việc điều chế véctơ không gian hiệu quả.
Bộ nghịch lưu này không chỉ nhận nguồn từ các MCU mà còn được cấp nguồn trực tiếp từ hai điểm điện áp nhỏ nhất V1 và điện áp lớn nhất Vn Do đó, các véctơ lớn nhất và các véctơ nằm trên các tia có góc là bội số của 60 độ đều có khả năng được tạo ra.
Trạng thái S a1 S a2 S d1 S d2 Điện áp “pha a” (V a0 )
Với việc tăng số lượng MCU, hầu hết các véctơ bên trong của từng sector có thể được điều chế trực tiếp thông qua việc đóng và ngắt các khóa của MCU và PL Điều này cho phép thực hiện điều chế điện áp nghịch lưu bằng thuật toán điều chế độ rộng xung véctơ không gian một cách hiệu quả.
Ngoài phương pháp điều chế bằng cách sử dụng giải thuật điều rộng xung véctơ không gian, còn có các giải thuật khác như điều rộng xung sóng mang, có thể áp dụng trong một số trường hợp cụ thể.
1.2.2 Phương pháp điều khiển cho bộ nghịc lưu MLC 2 5 bậc Đối với bộ nghịch lưu MLC 2 , ứng với trạng thái đóng, ngắt của các khóa thì ta có thể xác định được vectơ không gian tổng hợp được bởi bộ nghịch lưu MLC 2 năm bậc với phần kẹp điện áp đa bậc dùng chung ở sector thứ nhất như hình 1.4
Hình 1.4 Các vectơ không gian điều chế trực tiếp của bộ nghịch lưu MLC 2 ở sector thứ nhất
Các vectơ điều chế trực tiếp từ bộ nghịch lưu nằm ở đường biên của hình tam giác Để tổng hợp các vectơ bên trong, bộ nghịch lưu năm bậc sử dụng diode kẹp cổ điển cần phải bổ sung thêm các vectơ V X.
Hình 1.5 Các vectơ không gian điều chế trực tiếp và tổng hợp của bộ nghịch lưu MLC 2 ở sector thứ nhất
Với bộ vectơ điều chế trực tiếp và tổng hợp, chúng ta có khả năng tạo ra các vectơ cơ bản cho bộ nghịch lưu năm bậc, từ đó điều chế các vectơ cần thiết cho quá trình nghịch lưu nhằm tạo nguồn điện áp xoay chiều ba pha.
DẠNG TỔNG QUÁT CỦA BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC DẠNG KẸP ĐA BẬC – MLC 2
Hai cấu trúc tổng quát của bộ nghịch lưu MLC 2 nhiều pha
Bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp có hai loại chính: khóa kẹp điện áp đa bậc (MCU) dành riêng cho từng pha và khóa kẹp điện áp đa bậc (MCU) sử dụng chung cho tất cả các pha.
2.1.1 Các khóa kẹp điện áp đa bậc sử dụng riêng cho từng pha
Ngõ vào của khóa nghịch lưu từng pha được kết nối riêng với các khóa kẹp điện áp trung gian, cho phép điều chế linh động các bậc điện áp giống như bộ nghịch lưu đa bậc truyền thống Mặc dù số lượng khóa đóng ngắt không thay đổi, nhưng định mức linh kiện lớn hơn so với bộ nghịch lưu đa bậc kẹp diode truyền thống, trong khi số lượng diode lại được giảm Mô hình nguyên lý được minh họa qua hình 2.1.
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc với các khóa kẹp điện áp đa bậc dùng riêng cho từng pha
2.1.2 Các khóa kẹp điện áp đa bậc dùng chung cho các pha
Bộ nghịch lưu đa bậc được thiết kế với các ngõ vào từ các khóa nghịch lưu từng pha PL, kết nối với các điểm điện áp trung gian pi do MCU tạo ra Ưu điểm nổi bật của cấu trúc này là giảm thiểu đáng kể số lượng khóa và diode so với bộ nghịch lưu dạng kẹp diode truyền thống Việc giảm số lượng khóa đóng ngắt cần điều khiển cũng giúp đơn giản hóa mạch điều khiển cho bộ nghịch lưu.
Bộ nghịch lưu MLC 2 có nhược điểm là các pha sử dụng chung các khóa kẹp điện áp đa bậc MCU, dẫn đến sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các pha trong quá trình điều khiển Khi cần điện áp pha tâm nguồn khác nhau cho cùng một khóa kẹp điện áp MCU, chỉ có thể đạt được một điện áp chung phù hợp do thuật toán điều khiển quy định Ví dụ, điện áp pha a yêu cầu trạng thái V+(n-1), trong khi điện áp pha b cần một trạng thái điện áp khác.
Việc thực hiện V+(n-2) là không khả thi, do đó, thuật toán điều khiển sẽ xác định một tổ hợp các trạng thái khóa khác để tạo ra điện áp yêu cầu Khó khăn này có thể được khắc phục bằng cách nghiên cứu và xác định một thuật toán điều khiển hợp lý.
Khuyết điểm thứ hai của bộ nghịch lưu MLC 2 là việc sử dụng chung các khóa kẹp điện áp đa bậc cho các pha, dẫn đến điện áp định mức của một số linh kiện đóng ngắt cao hơn so với linh kiện của bộ nghịch lưu đa bậc truyền thống Tuy nhiên, với số lượng linh kiện sử dụng ít hơn, khả năng giảm chi phí đầu tư như dự kiến vẫn có thể đạt được.
Bài viết so sánh ưu điểm và khuyết điểm của bộ nghịch lưu MLC 2 kiểu khóa kẹp điện áp đa bậc dùng chung với bộ MLC 2 kiểu khóa kẹp điện áp đa bậc sử dụng riêng cho từng pha Cấu hình của bộ MLC 2 kiểu khóa kẹp điện áp đa bậc dùng chung có lợi thế về chi phí đầu tư ban đầu, và các khuyết điểm của nó có thể được khắc phục thông qua việc phát triển giải thuật điều khiển Vì vậy, luận văn này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu bộ nghịch lưu MLC 2 kiểu khóa kẹp điện áp đa bậc dùng chung cho các PL.
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc với các khóa kẹp điện áp đa bậc dùng chung
Cấu hình tối ưu cho bộ nghịch lưu MLC 2
2.2.1 Tối thiểu linh kiện sử dụng
Theo hình 2.3, số linh kiện cần thiết để tạo bộ nghịch lưu một pha với số bậc bằng nhau giữa kiểu kẹp diode cổ điển và kiểu MLC 2 là tương đương, nhưng kiểu MLC 2 sử dụng ít diode hơn.
Theo sơ đồ nguyên lý cấu tạo bộ nghịch lưu MLC 2, các khóa kẹp điện áp đa bậc dùng chung có số lượng linh kiện trong các MCU với hệ số nhân là 1 Trong khi đó, số lượng linh kiện đóng ngắt của PL cần phải nhân với số pha tương ứng Do đó, để tối thiểu hóa số lượng linh kiện sử dụng, việc tăng số bậc của MCU là giải pháp hiệu quả hơn so với việc tăng số lượng MCU và số bậc của PL.
Việc tăng số bậc của MCU bị giới hạn bởi định mức linh kiện đóng ngắt và diode trên PL Để đảm bảo an toàn, định mức linh kiện của PL cần lớn hơn một bậc so với điện áp chênh lệch lớn nhất Vpi của một MCU trong trường hợp MLC 2 chỉ có một MCU Nếu MLC 2 có từ hai MCU trở lên, định mức linh kiện của PL phải gấp hai lần điện áp chênh lệch lớn nhất Vpi của một MCU cộng với điện áp trên một tụ hoặc nguồn DC.
V 1 a)Kiểu kẹp diode truyền thống b) Kiểu MLC 2
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp diode truyền thống và kiểu MLC 2 trên một pha
2.2.2 Đơn giản nguyên lý điều khiển
Để đơn giản hóa quá trình điều khiển, việc tăng số bậc của PL và số MCU đồng thời giảm số bậc của MCU sẽ giúp giảm các trạng thái điện áp mà một MCU điều khiển Điều này không chỉ giúp việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn mà còn giảm chênh lệch điện áp ngõ ra trên một MCU, từ đó giảm định mức linh kiện đóng ngắt trên PL.
Việc tăng số lượng MCU và bậc của PL sẽ cải thiện độ đầy đủ của các véctơ tổng hợp từ bộ nghịch lưu, từ đó giúp việc điều khiển bằng phương pháp điều rộng xung véctơ không gian trở nên dễ dàng hơn.
Hình 2.4 trình bày bộ nghịch lưu MLC 2 6 bậc, bao gồm 1 MCU 4 bậc và PL 3 bậc, cùng với sơ đồ nguyên lý cấu tạo Bài viết cũng đề cập đến các véctơ điều chế trực tiếp tại sector 1 và tổng hợp tất cả các véctơ điều chế này.
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của Vp2 bao gồm các véctơ điều chế trực tiếp tại sector 1 và tổng hợp tất cả các véctơ này Hình 2.5 minh họa bộ nghịch lưu MLC 2 với 6 bậc, sử dụng 2 MCU 2 bậc và PL 4 bậc, cùng với các véctơ tổng hợp trực tiếp.
Véctơ còn thiếu trong bộ nghịch lưu MLC 2 6 bậc với 2 MCU 2 bậc và PL
4 bậc có thể tổng hợp theo công thức
Giảm số bậc của MCU đến mức tối thiểu sẽ khiến bộ nghịch lưu MLC 2 trở về dạng kẹp diode cổ điển, dẫn đến việc các ưu điểm của MLC 2 không còn được duy trì.
2.2.3 Định hướng tối ưu cấu hình cho bộ nghịch lưu MLC 2
2.2.3.1 Tính số bậc cho MCU và PL Để xác định cấu hình tối ưu cho bộ nghịch lưu, cần xác định được số bậc cho MCU, số lượng MCU và số bậc của PL Nhằm đơn giản hơn trong quá trình tìm hiểu, chỉ xét các MCU có cùng số bậc
Xét bộ nghịch lưu MLC 2 n bậc
Gọi: m là số bộ MCU
Ta có các mối qua hệ:
Số bậc điện áp của PL: m2
Số bậc điện áp cấp vào cho các MCU: n2
Khi n23 thì m = 1 và số bậc của MCU là 3
Chọn m là một số nguyên mà n2 có thể chia hết cho m Số bậc điện áp của mỗi MCU là m n2
Khi không chọn được số nguyên m để n2 không chia hết cho m thì xét 3
n có chia hết cho m hay không Nếu chia hết thì khi đó số bậc của mỗi MCU là 3 1
2.2.3.2 Nguyên lý xét cấu hình tối ưu
Việc lựa chọn số bộ MCU m cần cân nhắc giữa điện áp định mức của linh kiện và số lượng véctơ không gian có thể điều chế trực tiếp Nếu m quá nhỏ, sẽ giảm số linh kiện đóng ngắt và diode trong bộ MLC 2, nhưng điện áp định mức của các linh kiện này có thể tăng lên gấp đôi so với chênh lệch điện áp tối đa trên mỗi MCU Hơn nữa, số véctơ điều chế từ MLC 2 sẽ hạn chế, dẫn đến việc cần phải kết hợp các véctơ có sẵn để tổng hợp các véctơ còn thiếu Quá trình tổng hợp này có thể làm tăng sự thay đổi điện áp pha, gây ra sóng hài lớn hơn so với việc điều chế trực tiếp từ bộ MLC 2.
Việc chọn m quá lớn mang lại lợi ích giảm định mức linh kiện trên PL và điều chế hiệu quả các véctơ trong từng sector Tuy nhiên, nhược điểm của việc này là làm tăng số bậc của PL, dẫn đến việc cần nhiều linh kiện đóng ngắt và diode hơn cho bộ nghịch lưu MLC 2.
Việc lựa chọn giá trị m là rất quan trọng để tối ưu hóa tổng chi phí đầu tư ban đầu, đồng thời giảm thiểu sóng hài, hệ độ méo dạng toàn phần và tổn hao trong quá trình đóng ngắt Do đó, cần tiến hành các nghiên cứu sâu hơn để hiểu rõ hơn về vấn đề này.
GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU MLC 2 5 BẬC
Cơ sở lý thuyết của phương pháp điều khiển điều rộng xung véctơ không gian – SVPWM
3.1.1 Sơ lược về phương pháp điều rộng xung véctơ không gian
Phương pháp điều khiển điều rộng xung véctơ không gian là kỹ thuật phổ biến trong điều khiển điện tử công suất với các đại lượng xoay chiều ba pha Phương pháp này nổi bật nhờ tính linh hoạt cao trong việc tối ưu hóa giản đồ đóng cắt, rất phù hợp cho ứng dụng điều khiển bằng máy tính số Nó sử dụng kỹ thuật toán học để chuyển đổi từ đại lượng xoay chiều ba pha cân bằng sang véctơ không gian thông qua phép biến đổi abc sang αβ.
Qua phép biến đổi từ hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ αβ, mỗi trạng thái điện áp xoay chiều tương ứng với một véctơ không gian duy nhất Do đó, để tạo ra trạng thái điện áp xoay chiều trong ba pha, chỉ cần tổng hợp một véctơ tương ứng trong hệ tọa độ αβ.
Dựa vào trạng thái đóng và ngắt của các khóa điều khiển, chúng ta có thể xác định các véctơ cơ bản của bộ nghịch lưu thông qua phép biến đổi abc sang αβ Từ những véctơ cơ bản này, thuật toán điều khiển sẽ tổng hợp được véctơ gần nhất với véctơ cần tổng hợp.
Hình 3.1 Véctơ không gian cần điều chế di chuyển liên tục theo một đường trong vùng véctơ điện áp nghịch lưu
Phương pháp điều rộng xung véctơ không gian tạo ra sự dịch chuyển liên tục của véctơ không gian trên quỹ đạo đường tròn của véctơ điện áp bộ nghịch lưu Sự di chuyển này giúp loại bỏ các sóng hài bậc cao, làm cho mối quan hệ giữa tín hiệu điều khiển và biên độ áp ra trở nên tuyến tính hơn Tuy nhiên, do tần số đóng ngắt của linh kiện bị giới hạn, véctơ không gian thực tế chỉ di chuyển theo những nấc gián đoạn sau mỗi chu kỳ lấy mẫu TS của bộ nghịch lưu.
Trong vùng điều chế tuyến tính của bộ nghịch lưu áp thì điện áp tối đa của véctơ cần điều chế chỉ đạt được giá trị V dc
3 Nếu điện áp véctơ cần điều chế lớn hơn giá trị V dc
3 thì cần sử dụng kỹ thuật điều chế ở vùng quá bão hòa
3.1.2 Giải thuật điều khiển điều rộng xung véctơ không gian cho bộ nghịch lưu đa bậc
Giải thuật điều khiển điều rộng xung véctơ không gian cho bộ nghịch lưu đa bậc gồm các bước sau:
+ Chuyển đổi véctơ không gian điện áp chuẩn trong hệ tọa độ ba pha abc sang hệ trục tọa độ hai pha vuông góc αβ
+ Chuyển đổi véctơ từ hệ trục αβ sang hệ hai pha không vuông góc trục kl
+ Tính toán tìm 3 véctơ không gian điện áp gần với điện áp V ref (k,l) nhất
+ Tính toán tỉ lệ duy trì (Duty Cycles Computation) 3 véctơ không gian điện áp tìm được ở bước trên d0, d1, d2
+ Chọn tổ hợp đóng, ngắt các khóa phù hợp để tạo ra 3 véctơ không gian với thời gian duy trì tìm được ở bước trên
3.1.2.1 Chuyển đổi véctơ không gian điện áp chuẩn trong hệ tọa độ ba pha abc sang hệ trục tọa độ hai pha vuông góc αβ
Việc chuyển đổi véctơ không gian này áp dụng công thức (3.1) đã được trình bày ở trên
Vùng điều chế điện áp của bộ nghịch lưu áp được phân chia thành các sector, như thể hiện trong hình 3.2 Mỗi sector lại được chia thành nhiều tam giác nhỏ, với đỉnh là các véctơ điện áp đã được điều chế từ bộ nghịch lưu.
Tính tỉ lệ điều biên m là tỷ số giữa biên độ điện áp véctơ Vref (α, β) và giá trị lớn nhất mà bộ nghịch lưu có khả năng điều chế trong vùng tuyến tính.
Góc phi của véctơ điện áp cần được xác định so với véctơ k để biết V ref (,) thuộc về sector nào Nếu V ref (,) không nằm trong sector 1, góc của V ref (,) sẽ được điều chỉnh bằng cách trừ đi (sector -1) x 60 độ để đưa véctơ về đúng vị trí.
V ref về sector thứ nhất và tính toán lại trọng hệ tọa độ (k,l)
Hình 3.2 Vùng điện áp điều chế của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
3.1.2.2 Chuyển đổi véctơ từ hệ trục αβ sang hệ hai pha không vuông góc trục kl Điện áp yêu cầu từ hệ trục vuông góc αβ V ref (,) được chuyển đổi sang hệ tọa độ không vuông góc kl như hình 3.3 thông qua công thức l n k m V
Trong đó: a là điện áp trên mỗi bậc k l n.l m.k
Hình 3.3 Véctơ V ref trong hệ tọa độ không vuông góc k,l
3.1.2.3 Tính toán tìm 3 véctơ không gian điện áp gần với điện áp
Giá trị m và n được tính ở bước trên được dùng để xác định tam giác nào (reg) mà véctơ V ref (k,l) đang nằm trong
Phần nguyên của m và n xác định hai tam giác gần nhất mà véctơ V ref (k,l) thuộc về, được ký hiệu là [m,n]1 và [m,n]2, như minh họa trong hình 3.3 Vị trí chính xác của tam giác được xác định thêm bởi một tham số phụ D.
Trong đó int(x) là hàm lấy phần nguyên của biến x
Nếu D ≤ 1, véctơ Vρ ref (k,l) nằm trong tam giác [m,n] 1; ngược lại, nếu D > 1, véctơ Vρ ref (k,l) nằm trong tam giác [m,n] 2 như hình 3.3 Từ đó, có thể xác định chính xác ba véctơ không gian điện áp gần với điện áp cần điều chế.
3.1.2.4 Tính toán tỉ lệ duy trì (Duty Cycles Computation) 3 véctơ không gian điện áp tìm được ở bước trên d 0 , d 1 , d 2 a Véctơ V ref (k,l) nằm trong tam giác m,n 1
Hình 3.4 Tỉ lệ duy trì đóng, các véctơ tổng hợp nên véctơ yêu cầu ở tam giác [m,n] 1
Qua hình 3.4 ta thấy được để tổng hợp véctơ V ref (k,l) từ ba véctơ V 1
2 n int(n p (3.8) b Véctơ V ref (k,l) nằm trong tam giác[m,n] 2
Hình 3.5 Tỉ lệ duy trì đóng, các véctơ tổng hợp nên véctơ yêu cầu ở tam giác [m,n] 2
Qua hình 3.5 ta dễ dàng thấy được để tổng hợp véctơ V ref (k,l) từ ba véctơ
, V 4 theo nguyên tắc tương tự như ở tam giác m,n 1
(3.11) c Tính toán tỉ lệ duy trì (Duty Cycles Computation) 3 véctơ không gian điện áp tìm được ở bước trên d 0 , d 1 , d 2
Gọi tỉ lệ duy trì véctơ V 3 hay véctơ V 4 là d0, tỉ lệ duy trì véctơ V 1 là d1, tỉ lệ duy trì véctơ V 2 là d2 ta có:
1 int int khi V ref (k,l) nằm trong tam giác m,n 1 (3.12)
1 int khi V ref (k,l) nằm trong tam giác m,n 2 (3.13)
3.1.2.5 Chọn tổ hợp đóng, ngắt các khóa phù hợp để tạo ra 3 véctơ không gian với thời gian duy trì tìm được ở bước trên
Việc chọn tổ hợp đóng ngắt các khóa phụ thuộc vào từng sector, từng reg cấu trúc và số bậc của mỗi bộ nghịch lưu cụ thể.
5 bậc
Cấu tạo bộ nghịch lưu MLC 2 năm bậc
Bộ nghịch lưu 5 bậc dạng MLC 2 bao gồm một MCU ba bậc chung cho ba pha, kết nối với các điểm điện áp V2, V3 và V4, cùng với ba PL là bộ khóa đóng ngắt ba bậc nối với các điểm điện áp V1, V5 và Vp1 Định mức linh kiện trên bộ MCU được xác định rõ ràng.
V dc và trên các PL là
Điện áp DC được cấp vào điểm điện áp V1 và điện áp V5
Hình 3.6 Cấu trúc bộ nghịch lưu MLC 2 năm bậc
Chuyển đổi véctơ không gian và xác định các véctơ điều chế trực tiếp từ bộ nghịch lưu MLC 2
Bộ nghịch lưu MLC 2 sử dụng chung MCU, dẫn đến một số trạng thái điện áp pha trung tâm không thể tổng hợp Cụ thể, các pha nhận điện áp khác nhau từ cùng một MCU, ví dụ như V2, V3 hoặc V4 không thể cấp đồng thời cho các ngõ ra Điều này làm giảm đáng kể số lượng véctơ tổng hợp từ bộ nghịch lưu MLC 2 năm bậc so với bộ nghịch lưu năm bậc truyền thống dạng kẹp diode.
Theo các trạng thái của các pha như bảng 1.1 thì bộ nghịch lưu MLC 2 có thể tổng hợp được các trạng thái như bảng 3.1
Bảng 3.1 Các trạng thái có thể tổng hợp được từ bộ MLC 2 5 bậc
Từ các trạng thái véctơ trong bảng 3.1, việc chuyển đổi từ hệ tọa độ ba pha abc sang tọa độ vuông góc αβ (theo công thức 3.1) cho phép xác định vùng không gian điều chế của bộ nghịch lưu MLC 2 năm bậc, như minh họa trong hình 3.7.
Hình 3.7 Vùng điện áp điều chế của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Vùng không gian điều chế của bộ nghịch lưu MLC 2 được chia làm 6 sector có góc là 60 0 Trong mỗi sector, vùng không gian điều chế được chia làm
16 reg khác nhau được ký hiệu từ 1 đến 16 ở sector như hình 3.7, ở các sector khác thì việc chia reg cũng được làm và đặt tên tương tự như ở sector 1
Véctơ điện áp yêu cầu nghịch lưu V ref (abc) trong tọa độ thực xoay chiều abc được chuyển đổi sang véctơ V ref (αβ) trong hệ tọa độ vuông góc αβ theo công thức 3.1 Đồng thời, tỉ lệ điều biên m được xác định theo công thức 3.2.
Chuyển đổi véctơ từ hệ trục αβ sang hệ hai pha không vuông góc trục kl
Với điện áp trên mỗi bậc là
Để chuyển đổi véctơ điện áp yêu cầu V ref () từ hệ tọa độ αβ vuông góc sang hệ tọa độ kl không vuông góc, ta sử dụng công thức 3.2 Việc không chuyển đổi trực tiếp từ hệ tọa độ ba pha abc sang hệ tọa độ kl không vuông góc giúp đảm bảo rằng véctơ V ref () trong hệ tọa độ αβ vuông góc, một hệ tọa độ phổ biến, vẫn có thể được xác định và tiếp tục tính toán bằng các phương pháp khác.
Tính toán tìm 3 véctơ không gian điện áp gần với điện áp V ref ( k , l ) nhất và tính toán tỉ lệ duy trì 3 véctơ không gian điện áp này
V ref nhất và tính toán tỉ lệ duy trì 3 véctơ không gian điện áp này d 0 , d 1 , d 2
Việc tính toán tìm 3 véctơ không gian điện áp của bộ MLC 2 gần với điện áp V ref (k,l) được tính toán như bước 3.1.2.3 đã trình bày ở phần trước
Trong bộ nghịch lưu MLC 2, một số véctơ trong không gian điện áp của từng sector không thể được điều chế trực tiếp, mà cần phải tổng hợp từ các véctơ đã được điều chế Điều này dẫn đến việc thiếu hụt một số véctơ cần thiết cho quá trình điều chế.
, V Z có thể tổng hợp được theo công thức sau như đã trình bày ở chương 1
Hình 3.8 Các vectơ không gian điều chế trực tiếp và tổng hợp của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc ở sector thứ nhất
Việc tính toán tỉ lệ duy trì của ba véctơ không gian điện áp gần nhất với véctơ V ref (k,l) được thực hiện theo phương pháp đã trình bày trong phần 3.1.2.4 Tuy nhiên, trong quá trình này, các véctơ V X cũng cần được xem xét để đảm bảo tính chính xác của kết quả.
Các véctơ V Y và V Z được tổng hợp từ các véctơ đã được điều chế trực tiếp, do đó cần có sự tổng hợp để duy trì tỉ lệ các véctơ không gian Bảng 3.2 trình bày tỉ lệ thời gian duy trì các véctơ tại sector 1.
Bảng 3.2 Tỉ lệ duy trì các véctơ không gian dược điều chế trực tiếp ở các sector của bộ MLC 2 năm bậc a) Sector 1
Reg Tỉ lệ duy trì thời gian đóng các véctơ không gian
Reg Tỉ lệ duy trì thời gian đóng các véctơ không gian
Reg Tỉ lệ duy trì thời gian đóng các véctơ không gian
Reg Tỉ lệ duy trì thời gian đóng các véctơ không gian
Reg Tỉ lệ duy trì thời gian đóng các véctơ không gian
Reg Tỉ lệ duy trì thời gian đóng các véctơ không gian
Chọn tổ hợp đóng, ngắt các khóa phù hợp để tạo ra 3 véctơ không gian với thời gian duy trì tìm được ở bước trên
Nguyên tắc tạo tổ hợp đóng ngắt các khóa yêu cầu rằng các khóa phải ở trạng thái đối nghịch Cụ thể, nếu khóa Sa1 ở trạng thái 1, thì khóa Sa1' phải ở trạng thái 0, và ngược lại Hai khóa không thể đồng thời ở trạng thái 1 hoặc 0 Điều này có nghĩa là trạng thái của hai khóa phải thỏa mãn điều kiện S a1 + S a1' = 1.
Chọn tổ hợp đóng ngắt các khóa, chúng ta cần vẽ trạng thái các khóa tương ứng với các véctơ cần thiết để tổng hợp véctơ V ref, đồng thời duy trì tỷ lệ trạng thái của véctơ đó.
Bảng 3.3 Trạng thái đóng, ngắt các khóa ở pha “x”
Trong reg 4 của sector 1, như thể hiện trong bảng 3.2 và 3.3, chúng ta xác định được hai bộ trạng thái đóng và ngắt của các khóa, được minh họa trong hình 3.9 Hình 3.9 a mô tả tổ hợp véctơ V ref từ ba véctơ 211, 311 và 331 với tỉ lệ duy trì thời gian đóng ngắt lần lượt là d0, d1/2 và d1/2+d2 Tương tự, hình 3.9 b trình bày tổ hợp véctơ V ref từ ba véctơ 544, 533 và 553 cũng với tỉ lệ duy trì thời gian đóng ngắt là d0, d1/2 và d1/2+d2.
Hình 3.9 Trạng thái các khóa đóng ngắt để tổng hợp nên véctơ V ref
Trạng thái S x1 S x2 S d1 S d2 Điện áp tâm nguồn“pha x”
Dựa trên trạng thái đóng ngắt của các khóa trong hình 3.9, chúng ta cần điều chỉnh vị trí các véctơ để tối ưu hóa số lần đóng ngắt của các khóa trong một chu kỳ lấy mẫu, đồng thời hạn chế số lần đóng ngắt của các khóa có định mức linh kiện lớn hơn ở các PL Kết quả là giản đồ đóng ngắt các khóa ở reg 4 sector 1, như được thể hiện trong hình 3.10.
Hình 3.10 minh họa trạng thái các khóa trong bộ MLC 2 5 bậc sử dụng phương pháp SVPWM Một vấn đề cần giải quyết là điều khiển trạng thái đóng và ngắt của khóa Sd2 Để đạt được trạng thái này, cần tạo ra hai trạng thái ảo là Sd2m và Sd2n Tỷ lệ duy trì thời gian đóng của khóa là yếu tố quan trọng trong quá trình điều khiển.
Tỉ lệ duy trì thời gian đóng của khóa Sd2m ảo là một yếu tố quan trọng, liên quan đến thời gian ngắt của khóa Sd2 trong phần giữa của chu kỳ Việc hiểu rõ tỉ lệ này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của khóa Sd2.
Tỉ lệ Sd2n ảo thể hiện thời gian duy trì trạng thái khóa Sd2 trong chu kỳ, trong khi tỉ lệ thời gian duy trì được xác định bằng cách trừ trạng thái khóa Sd2m khỏi trạng thái khóa Sd2n.
Hình 3.11 Cách tạo ra trạng thái đóng ngắt yêu cầu cho khóa S d2
Trạng thái khóa Sd1 và Sd2 cần được điều khiển theo hướng dẫn ở phần trước, tuy nhiên chỉ xuất hiện ở một số thanh ghi trong vùng nghịch lưu của bộ MLC 2 Do đó, trong các vùng thanh ghi này, việc quản lý trạng thái khóa là rất quan trọng.
Sd1 và Sd2 có thể điều khiển bình thường thì đặt Sdim = Sdi, Sdin = 0
Trạng thái đóng ngắt các khóa và tỉ lệ duy trì thời gian đóng các khóa ở các sector được trình bày qua các trạng thái khóa như sau
MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU MLC 2 5 BẬC
Mô hình mô phỏng
Nghiên cứu này áp dụng chương trình Simulink của Matlab để mô phỏng quá trình điều khiển và kết quả nghịch lưu điện áp của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc Chương trình sử dụng thuật toán điều khiển véctơ không gian để tạo ra các xung điều khiển cho các khóa của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc, sau đó đưa các tín hiệu điều khiển này đến mô hình IGBT-diode trong SimPowerSystems nhằm mô phỏng kết quả dạng sóng điện áp tương ứng với các tham số điều khiển khác nhau Cuối cùng, điện áp này được cung cấp cho tải để quan sát dạng sóng dòng điện dưới các điều kiện tải khác nhau.
Hình 4.1 Mô hình mô phỏng bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
4.1.2 Vai trò của các thành phần trong mô hình mô phỏng
Trong mô hình mô phỏng được trình bày, mỗi khối đảm nhiệm một vai trò quan trọng trong việc điều khiển và mô phỏng kết quả của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc.
Phần giải thuật điều khiển để tạo các xung đóng ngắt cho các khóa của bộ nghịch lưu MLC 2 theo giải thuật điều rộng xung véctơ không gian
Hình 4.2 Phần giải thuật điều khiển tạo xung kích cho các khóa của bộ nghịch lưu MLC 2
Bài viết đề cập đến giải thuật điều khiển các khóa của bộ nghịch lưu MLC 2, trong đó các thông số quan trọng cần cung cấp cho mô hình điều khiển bao gồm tỉ lệ điều biên m, tần số điện áp cần điều chế freq, và tần số lấy mẫu Chương trình sẽ dựa trên các thông số này để tính toán thời điểm đóng, ngắt các khóa trong bộ nghịch lưu MLC 2 Các tín hiệu này được sử dụng để điều khiển các khóa, nhằm tạo ra điện áp điều chế V ref (abc) theo yêu cầu đã được xác định trước.
Theo thuật toán điều khiển bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc bằng phương pháp điều rộng xung véctơ không gian, việc chuyển đổi điện áp từ hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ αβ vuông góc cho phép xác định góc lệch φ giữa véctơ điện áp Vref(αβ) và trục α Đồng thời, quá trình này cũng giúp xác định độ lớn của véctơ điện áp cần điều chế Vref(αβ).
Dựa vào giá trị độ lớn của véctơ điện áp và điện áp Vdc cấp vào bộ nghịch lưu, chúng ta có thể xác định tỉ lệ điều biên m Mô hình mô phỏng này sử dụng tỉ lệ điều biên m làm tham số điều khiển bộ nghịch lưu, giúp dễ dàng tích hợp với các phương pháp ứng dụng khác Khi đã xác định được tỉ lệ điều biên m và góc , chúng có thể được đưa vào mô hình để thực hiện mô phỏng quá trình làm việc.
Hình 4.3 Mô hình xác định sector, reg và tỉ lệ duy trì thời gian điều chế các véctơ cơ bản
Tần số điện áp điều chế (freq) được đưa vào khối tạo sóng tam giác, tạo ra sóng tam giác với chu kỳ là freq và biên độ 2π.
Hình 4.4 tính toán giá trị góc cho phần điều khiển điện áp
Giá trị tỉ lệ điều biên m và góc của điện áp yêu cầu được đưa vào khối SVPWM_Multilevel để xác định sector và reg mà véctơ V ref đang nằm trong đó Khối này cũng tính toán tỉ lệ thời gian duy trì các véctơ cơ bản của bộ nghịch lưu đa bậc, như đã trình bày trong phần 3.2.4 Kết quả từ khối SVPWM_Multilevel bao gồm 5 tín hiệu: sector, reg, d0, d1, và d2 để tiếp tục quá trình.
Giá trị ngõ ra từ khối SVPWM_Multilevel được chuyển đến khối MLC2_5L_switch để tính toán tỉ lệ duy trì thời gian đóng của các khóa trong bộ nghịch lưu, cùng với hai tỉ lệ duy trì thời gian đóng của hai khóa ảo Sd1n và Sd2n theo nguyên lý đã trình bày Tín hiệu ngõ ra từ khối MLC2_5L_switch bao gồm 10 tín hiệu, trong đó có 8 tín hiệu điều khiển cho 8 khóa ở phần dương của bộ MLC 2 và 2 tín hiệu cho hai khóa ảo Sd1 và Sd2.
Sd2 để lưu dữ liệu của Sd1m và Sd2m nhằm tiết kiệm thông tin bộ nhớ làm việc
Hình 4.5 Mô hình xác định tỉ lệ duy trì thời gian đóng của các khóa của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Hình 4.6 Mô hình tạo sóng tam giác
Hình 4.7 Mô hình tạo trạng thái điều khiển tất cả các khóa của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Mô hình tạo sóng tam giác được sử dụng để tạo tín hiệu, giúp so sánh với tỷ lệ duy trì thời gian đóng của các khóa Qua đó, nó cho phép xác định trạng thái của các khóa trong một chu kỳ lấy mẫu, như minh họa trong hình 4.8.
Hình 4.8 Nguyên lý tạo xung điều khiển các khóa khi so sánh tỉ số duy trì thời gian đóng với sóng tam giác
Hình 4.9 Mô hình mạch công suất bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc hoạt động bằng cách nhận nguồn DC từ một khối nguồn DC và sử dụng tín hiệu điều khiển để đóng ngắt các khóa, dựa trên kết quả của thuật toán điều khiển Ngõ ra của bộ nghịch lưu này được cung cấp cho một tải, cho phép quan sát dạng sóng điện áp và dòng điện của bộ nghịch lưu.
Nguồn DC cung cấp cho bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc trong nghiên cứu là từ mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển, kết hợp với tụ lọc, giúp điện áp cấp cho bộ nghịch lưu ổn định và không bị giới hạn về công suất.
Hình 4.10 Nguồn DC cấp cho bộ nghịch lưu
Mạch công suất của bộ nghịch lưu đa bậc MLC 2 5 bậc bao gồm các khóa IGBT-diode và diode, được mô phỏng trong SimPowerSystems và kết nối theo cấu trúc như trong hình 1.3, dẫn đến hình 4.11.
Hình 4.11 Mô hình kết nối các linh kiện công suất và tín hiệu điều khiển trong bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Mô hình tính toán giá trị điều khiển cho các khóa trong bộ nghịch lưu MLC 2, cùng với các linh kiện công suất được kết nối hợp lý, đủ khả năng thực hiện mô phỏng hiệu quả hoạt động của bộ nghịch lưu này.
Kết quả mô phỏng
4.2.1 Khảo sát sự thay đổi điện áp, đòng điện trên tỉ lệ điều biên m
4.2.1.1 Kết quả điện áp, dòng điện mô phỏng a Khi tỉ số điều biên bằng 1
Hình 4.12 Điện áp pha tâm nguồn ba pha của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi m = 1
Điện áp pha tâm nguồn của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc có sự khác biệt rõ rệt so với bộ nghịch lưu 5 bậc kiểu diode kẹp truyền thống Khi điện áp pha tâm nguồn gần giá trị V1 và V5, có thời điểm điện áp này không ngắt với V2 hoặc V4 mà chỉ ngắt với V3 Trong khi bộ nghịch lưu kiểu diode kẹp truyền thống chỉ ngắt quanh điện áp trên một tụ điện, bộ MLC 2 5 bậc cho phép các PL đóng ngắt giữa các điểm điện áp V1, V5 và Vp1 Điều này dẫn đến trường hợp khi MCU ngắt để cấp điện áp V3 cho Vp1, tạo ra khoảng ngắt lên tới hai lần điện áp trên tụ điện Hệ quả là sóng hài bậc cao và hệ số THD của bộ nghịch lưu MLC 2 tăng lên so với kiểu truyền thống.
Điện áp pha của bộ nghịch lưu MLC 2 có sự khác biệt so với bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp diode truyền thống, dẫn đến điện áp pha ngõ ra cũng khác biệt Hình 4.13, 4.14 và 4.15 cho thấy rằng điện áp pha có những thời điểm dao động trong khoảng lớn hơn so với khoảng đóng ngắt bình thường của bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp diode truyền thống.
Hình 4.13 Điện áp dây trên ba pha của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Hình 4.14 Điện áp pha trên ba pha của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Hình 4.15 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi tải R0Ω
Hình 4.16 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi tải R0Ω, L = 50 mH, m = 1
So sánh hình 4.15 và hình 4.16 cho thấy rằng dạng sóng điện áp điều chế rất gần với dạng sóng sin chuẩn, nhờ vào việc dòng điện cấp cho tải RL cũng gần giống dạng sóng sin Điều này chứng tỏ rằng bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc đã thành công trong việc điều chế điện áp xoay chiều hình sin Để xác nhận nhận xét này, chúng ta sử dụng công cụ Powergui FFT Analysis Tool để phân tích dạng sóng điện áp pha của bộ nghịch lưu.
4.17 Phân tích điện áp pha a trong một chu kỳ từ 0,04 đến 0,06 giây bằng
Powergui FFT Analysis Tool ta được một số thông số sau:
Giá trị điện áp pha hiệu dụng: V a rms 220,1V
Giá trị hệ số méo dạng toàn phần: THD14,81%
Sóng hài bậc ba: 0,02%, sóng hài bậc năm: 0,41%
Hình 4.17 Phân tích Fourier dạng sóng điện áp pha điều chế từ bộ MLC 2 5 bậc b Khi tỉ số điều biên bằng 0,95
Giảm tỉ số điều biên của bộ nghịch lưu và khảo sát dạng sóng điện áp của bộ nghịch lưu là cần thiết So sánh hình 4.12 với hình 4.18 cho thấy dạng sóng điện áp pha tâm nguồn của các pha có thêm một giai đoạn đóng ngắt trong khoảng thời gian nhất định.
2V4 dc , đó là tại reg 13 của các sector Điều này làm gia tăng sóng hài và THD của bộ nghịch lưu khi tỉ số điều biên m giảm
Hình 4.18 Dạng sóng điện áp pha tâm nguồn ba pha của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Hình 4.19 Điện áp trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc c Khi tỉ số điều biên bằng 0,9
Hình 4.20 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi tải R = 100Ω, L = 50mH, m = 0,9 d Khi tỉ số điều biên bằng 0,8
Hình 4.21 Điện áp trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Khi giảm tỉ số điều biên của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc xuống dưới 1, dạng sóng điện áp pha sẽ thay đổi đáng kể và trở nên xấu hơn Sử dụng công cụ phân tích Fourier, ta nhận thấy hệ số méo dạng toàn phần của sóng điện áp cũng tăng lên, đặc biệt khi tỉ số điều biên đạt 0,7.
Hình 4.22 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi tải R = 100Ω, L = 50mH, m = 0,7 f Khi tỉ số điều biên bằng 0,5
Hình 4.23 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc tải R0Ω, L = 50mH
Khi tỉ lệ điều biên đạt 0,5, dạng sóng điện áp sẽ có ít bậc đóng ngắt hơn, dẫn đến việc điện áp được hình thành từ ít véctơ hơn Theo hình 4.23, tại tỉ lệ điều biên m = 0,5, bộ nghịch lưu chỉ tổng hợp từ các reg 2, 3, 4 trong các sector Lúc này, bộ nghịch lưu MLC 2 tương đương với bộ nghịch lưu ba bậc với tỉ lệ điều biên m = 1 Dữ liệu trong bảng 4.1 cũng cho thấy hệ số THD tăng rõ rệt so với khi tỉ lệ điều biên m = 1.
Sự gia tăng sóng hài được minh chứng qua hình 4.23, cho thấy dạng sóng dòng điện với tỉ lệ điều biên m = 0,5 có sự nhấp nhô rõ rệt hơn so với dạng sóng dòng điện với tỉ lệ điều biên m = 1 được trình bày ở hình 4.16.
Hình 4.24 Vùng điện áp điều chế và các sector, reg của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc g Khi tỉ số điều biên bằng 0,1
Hình 4.25 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc tải R0Ω, L = 50mH, m = 0,1
Khi giảm tỷ lệ điều biên m = 0,1, dạng sóng điện áp và dòng điện có sự thay đổi rõ rệt so với trường hợp m = 1 Hình 4.25 cho thấy dạng sóng điện áp giống như được điều chế từ bộ nghịch lưu hai bậc với nguồn điện DC cung cấp.
Điện áp DC cấp cho bộ nghịch lưu hai bậc (Vdc’) và điện áp hiện tại cấp cho bộ nghịch lưu MLC 25 bậc (Vdc) có ảnh hưởng lớn đến hệ số méo dạng toàn phần THD của điện áp Khi tỉ lệ điều biên m = 0,1, hệ số méo dạng này tăng lên đáng kể, khoảng 10 lần so với khi m = 1, như thể hiện trong bảng 4.1 Hình 4.25 cũng cho thấy rằng dạng sóng dòng điện cung cấp cho tải RL có sự nhấp nhô rõ rệt, ngay cả khi tỉ lệ điều biên m = 1 và tải vẫn giống nhau.
4.2.1.2 Nhận xét kết quả phân tích điện áp
Qua các lần mô phỏng sóng điện áp với các tỉ lệ điều biên khác nhau, chúng tôi đã ghi nhận kết quả phân tích bao gồm các thông số như giá trị hiệu dụng điện áp pha, hệ số méo dạng toàn phần THD, tỉ lệ thành phần DC và tỉ lệ thành phần hài bậc cao (2, 3, 4,…11) so với thành phần hài cơ bản Các giá trị phân tích này được liệt kê chi tiết trong bảng 4.1.
Bảng 4.1 Giá trị phân tích Fourier sóng điện áp từ bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc theo tỉ lệ điều biên
Giá trị hiệu dụng áp pha
Tỉ lệ sóng hài bậc (%)
Trị hiệu dụng điện áp điều chế có mối quan hệ tuyến tính với tỉ lệ điều biên m, như thể hiện trong đồ thị hình 4.26 Việc điều chỉnh tỉ lệ điều biên m không chỉ ảnh hưởng đến độ lớn của điện áp điều chế mà còn làm gia tăng hệ số méo dạng toàn phần và tỉ lệ thành phần hài bậc cao so với hài cơ bản Sự thay đổi này rõ ràng qua các đồ thị ở hình 4.26 và 4.27, cho thấy mối quan hệ không tuyến tính, khi tỉ lệ điều biên m giảm, hệ số méo dạng toàn phần tăng nhanh chóng.
Hình 4.27 Đồ thị biểu hiện mối quan hệ giữa tỉ số hệ số méo dạng toàn phần THD với tỉ lệ điều biên m
Bên cạnh đó do những véctơ nằm ở trong lòng từng sector (véctơ V X
V Z được tổng hợp từ các véctơ đã được điều chế trực tiếp từ bộ nghịch lưu
MLC 2 5 bậc nên tỉ lệ sóng hài của điện áp điều chế tăng lên khi véctơ V ref nằm gần các véctơ này
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 tỉ l ệ s ó ng hà i b ậ c 3 hệ số điều biên m
Hình 4.28 Mối quan hệ giữa tỉ lệ hài bậc ba trên hài cơ bản với tỉ lệ điều biên m
4.2.2 Khảo sát kết quả ngõ ra trên sự thay đổi tần số
4.2.2.1 Thay đổi tần số độc lập với m a f = 60Hz
Hình 4.29 Điện áp pha tâm nguồn ba pha của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi f = 60Hz
Hình 4.30 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi R = 100Ω, L = 50mH với f = 60Hz
Hình 4.31 Điện áp pha trên ba pha của bộ nghịch lưu MLC 2 với f = 60Hz
Hình 4.32 Kết quả phân tích Fourier điện áp pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc với f `Hz b f = 40Hz
Hình 4.33 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi R = 100Ω, L = 50mH với f = 40Hz c f = 25Hz
Hình 4.34 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi R = 100Ω, L = 50mH với f = 25Hz d f = 10Hz
Hình 4.35 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi R = 100Ω, L = 50mH với f = 10Hz
Hình 4.36 Kết quả phân tích Fourier điện áp pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc với fHz
Kết quả từ các mô phỏng và phân tích cho thấy tần số điện áp nguồn được điều khiển một cách độc lập và chính xác Hệ số méo dạng toàn phần chỉ thay đổi rất ít khi tần số được điều chỉnh độc lập với tỷ lệ điều biên.
4.2.2.2 Điều khiển theo nguyên tắc V/f
Hình 4.37 Mô hình điều khiển bộ nghịch lưu theo nguyên lý V/f a f = 45Hz
Hình 4.38 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi R = 100Ω, L = 50mH với f = 45Hz
Hình 4.39 Điện áp pha trên ba pha của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc với f = 45Hz
Hình 4.40 Kết quả phân tích Fourier điện áp pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc với fEHz b fHz
Hình 4.41 Điện áp và dòng điện trên pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi R = 100Ω, L = 50mH với f = 45Hz
Kết quả mô phỏng từ hình 4.38 đến 4.42 cho thấy tần số điện áp nguồn được điều khiển theo nguyên tắc V/f một cách chính xác Tỷ lệ giữa điện áp và tần số giữ nguyên khi tần số giảm xuống dưới 50Hz.
Hệ số méo dạng toàn phần tăng lên khi tần số giảm do tỉ lệ điều biên cũng giảm đồng thời với sự thay đổi tần số
Hình 4.42 Kết quả phân tích Fourier điện áp pha a của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc với fEHz
Do hạn chế về thời gian, nghiên cứu này chưa xem xét tổn hao trong quá trình đóng, ngắt các linh kiện bán dẫn khi điều chế điện áp Hơn nữa, nghiên cứu cũng chưa tìm ra giải pháp để cân bằng điện áp trên các tụ điện của bộ nghịch lưu MLC 2, do một số véctơ cơ bản không thể tổng hợp trực tiếp Điều này có thể dẫn đến sự mất cân bằng điện trên các tụ khi sử dụng tải lớn trong thời gian dài.
ỨNG DỤNG BỘ NGHỊCH LƯU MLC 2
Giới thiệu mô hình ứng dụng
Nhóm nghiên cứu Nguyễn Nhựt Quang và Nguyễn Trường Đang Vũ tại phòng thí nghiệm nghiên cứu điện tử công suất, Khoa Điện – Điện tử, Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã phát triển mô hình ứng dụng nguồn pin năng lượng mặt trời để nghịch lưu và cung cấp điện áp xoay chiều với khả năng điều khiển công suất phản kháng lên lưới điện ba pha, sử dụng bộ nghịch lưu hai bậc 6 khóa.
Hình 5.1 Mô hình ứng dụng năng lượng mặt trời kết lưới sử dụng bộ nghịch lưu 2 bậc
Luận án này tiếp tục phát triển ứng dụng bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc, nhằm điều chế điện áp xoay chiều với khả năng điều khiển công suất phản kháng và hòa lưới điện xoay chiều từ nguồn pin năng lượng mặt trời, đồng thời đảm bảo cân bằng điện áp trên các tụ điện của bộ nghịch lưu.
Hình 5.2 Mô hình ứng dụng năng lượng mặt trời kết lưới xoay chiều sử dụng bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc từ nguôn pin năng lượng mặt trời
Nguyên lý hoạt động cơ bản: nguồn pin năng lượng mặt trời PV System dùng để cấp nguồn cho bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc thông qua bộ BuckBoost
IncCond MPPT điều khiển nguồn pin năng lượng mặt trời để tối ưu hóa công suất cho bộ nghịch lưu Đồng thời, tín hiệu điện áp từ lưới điện và dòng điện sau khi qua bộ lọc của bộ nghịch lưu MLC 2 được thu thập để điều khiển trạng thái đóng ngắt các khóa trong MLC 2, nhằm đạt được điện áp lưới và dòng công suất phản kháng mong muốn.
5.1.1 Mô hình pin năng lượng mặt trời
Dựa trên thông số và đặc tuyến của pin năng lượng mặt trời, nhóm nghiên cứu đã phát triển các mô hình mô phỏng cho các tấm pin này, như thể hiện trong hình 5.4, với tín hiệu vào ra được minh họa ở hình 5.5 Photovoltaic là đơn vị pin năng lượng mặt trời chịu ảnh hưởng bởi cường độ ánh sáng mặt trời và nhiệt độ trên bề mặt pin Tín hiệu điện áp và dòng điện đầu ra của đơn vị pin năng lượng mặt trời được thể hiện qua đường đặc tuyến.
ISC-MPP-VOC ở hình 5.6 Giá trị điện áp và dòng điện là hàm số phụ thuộc vào nhau
Hình 5.3 Các tấm pin năng lượng mặt trời đang hoạt động
Mô hình mô phỏng một đơn vị nguồn pin năng lượng mặt trời có các thông số:
Hệ thống pin năng lượng mặt trời bao gồm các đơn vị pin được kết nối thành nhiều dãy song song, nhằm tăng cường dòng điện cho bộ nguồn Mỗi dãy chứa các đơn vị pin được nối tiếp với nhau, giúp nâng cao điện áp cho hệ thống pin năng lượng mặt trời.
Trong thí nghiệm mô phỏng của luận án, hệ thống pin mặt trời được thiết kế với 4 dãy pin kết nối song song, mỗi dãy gồm 40 đơn vị pin Hệ thống này cung cấp điện áp không tải 800V, dòng điện tối đa 20A và công suất cực đại đạt 12.800W.
Hình 5.4 Mô hình nguồn pin năng lượng mặt trời
Hình 5.5 Tín hiệu vào và tín hiệu ra của bộ mô phỏng nguồn pin năng lượng mặt trời
Hình 5.6 Đặc tuyến V-A và P của pin mặt trời
Mỗi tấm pin năng lượng mặt trời có một điểm cực đại trên đặc tuyến VA, tại đó công suất ngõ ra đạt mức cao nhất Điểm công suất cực đại được xác định bởi điện áp VMPP và dòng điện IMPP, dẫn đến công suất tối đa PMPP cho từng tấm pin.
Hình 5.7 Mô hình bộ BuckBoost IncCond MPPT
Trong mô hình BuckBoost IncCond MPPT, chương trình sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện từ hệ thống pin năng lượng mặt trời để xác định điện áp Vref = VPPT, giúp đạt công suất tối ưu Tín hiệu điện áp của nguồn pin mặt trời được so sánh với tín hiệu điện áp để điều chỉnh hiệu suất hoạt động.
Vref đã được xác định để điều khiển việc bật tắt IGBT trong hình 5.8, nhằm cung cấp nguồn cho tụ điện C (8mF) Mô hình mô phỏng này áp dụng phương pháp điều khiển để tối ưu hóa công suất tối đa trong mọi điều kiện ảnh hưởng đến pin năng lượng mặt trời cho tải.
Hình 5.8 Khóa đóng ngắt điều khiển bộ BuckBoost IncCond MPPT
5.1.3 Mô hình bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Hình 5.9 Mô hình bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Mô hình bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc đã được trình bày chi tiết ở phần 4.1.2
5.1.4 Bộ lọc dòng điện của bộ nghịch lưu Điện áp của bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc được qua bộ lọc dòng điện trước khi cấp đến hệ thống lưới Do điện áp của bộ nghịch lưu MLC 2 là những xung đóng, ngắt nên để nối lưới thì cần phải làm sử dụng bộ lọc để làm dạng sóng dòng điện ít dao động hơn
Hình 5.10 Bộ lọc dòng điện của bộ nghịch lưu
5.1.5 Hệ thống nguồn xoay chiều ba pha
Hình 5.11 Hệ thống nguồn xoay chiều ba pha
Từ các mô hình tạo điện áp xoay chiều sin chuẩn như hình 5.12, khi đưa vào giá trị các góc pha lệch nhau
2 mô hình tạo được nguồn áp xoay chiều ba pha cân bằng
Hình 5.12 Mô hình tạo điện áp xoay chiều sin chuẩn cho từng pha
5.1.6 Mô hình điều khiển bộ nghịch lưu
Hình 5.13 Bộ chuyển đổi tin hiệu abc sang dq
Các tín hiệu điện áp và dòng điện trong hệ tọa độ abc xoay chiều được chuyển đổi sang hệ tọa độ vuông góc dq0, giúp điều khiển độc lập giá trị dòng điện tác dụng và dòng điện phản kháng.
Hình 5.14 trình bày tín hiệu dòng điện từ bộ nghịch lưu sau khi được chuyển đổi qua hệ trục tọa độ vuông góc xoay dq0 Tín hiệu này được đưa vào mô hình để so sánh với giá trị đặt, từ đó tính toán giá trị điện áp Vd và Vq phục vụ cho việc điều khiển bộ nghịch lưu MLC 2.
Giá trị nguồn DC trên tụ phía sau bộ BuckBoost được so sánh với điện áp Vref để xác định dòng điện Id cần thiết cho hệ thống duy trì điện áp Vref trên tụ Cin 5mF Sau khi so sánh dòng điện bộ nghịch lưu với dòng điện yêu cầu và điện áp xoay chiều cần đạt để hòa lưới, chương trình tính toán giá trị điện áp Vd và Vq Từ các giá trị Vd, Vq và góc θ, chương trình chuyển đổi từ hệ tọa độ vuông góc xoay dq0 sang hệ tọa độ vuông góc tĩnh αβ, từ đó xác định độ lớn của véctơ điện áp cần điều chế Vref.
So sánh với giá trị điện áp Vdc, từ đó xác định được tỉ lệ điều biên m và góc φ cho bộ nghịch lưu như hình 5.16
Hình 5.14 Mô hình tạo tín hiệu điều khiển bộ nghịch lưu MLC 2 cho nguồn pin năng lượng mặt trời
Quá trình tính toán trong bộ điều khiển SVPWM_MLC2_5L đã được mô tả chi tiết ở phần 4.1.2 Tín hiệu điều khiển cho các khóa trong bộ nghịch lưu MLC 2 được lấy từ bộ điều khiển SVPWM_MLC2_5L và được cung cấp cho mô hình nghịch lưu MLC 2 5 bậc.
Hình 5.15 Mô hình xác định giá trị V d , V q các giá trị ngõ vào
Hình 5.16 Chuyển đổi từ hệ trục dq xoay sang hệ trục αβ và biên độ, góc pha
Hình 5.17 Khối đo lường và quan sát tín hiệu
Các giá trị cần thiết để quan sát quá trình mô phỏng được đưa vào Scope để quan sát dạng sóng tín hiệu.
Mô phỏng ứng dụng bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc cho nguồn
5.2.1 Điều kiện ánh sáng tốt, nhiệt độ 25 0 C, tải R
Kết quả mô phỏng ở trạng thái xác lập ta có được các tín hiệu sau:
Hình 5.18 Điện áp và dòng điện ngõ ra của hệ thống pin mặt trời
Hình 5.19 Điện áp pha a của bộ nghịch lưu trước khi qua bộ lọc
Hình 5.20 Tỉ lệ điều biên m trong giai đoạn xác lập
Hình 5.21 Giá trị V d và V q yêu cầu bộ nghịch lưu đều chế
Mô hình yêu cầu điện áp hiệu dụng của bộ nghịch lưu MLC 2 5 cần cung cấp cho tải là 220V, không cung cấp công suất phản kháng Đồng thời, điện áp trên tụ điện cấp nguồn cho bộ nghịch lưu phải duy trì ở mức 650V Dựa trên các yêu cầu này, mô hình xác định giá trị điện áp Vd và Vq cần thiết như được minh họa trong hình 5.21.
Để xác định tỉ lệ điều biên cho bộ nghịch lưu và điều khiển các khóa trên bộ nghịch lưu, các tụ điện phải phóng và xả liên tục để cung cấp nguồn cho tải Đồng thời, bộ nghịch lưu cũng lấy nguồn từ pin năng lượng mặt trời qua tụ điện DC của bộ BuckBoost Do nguồn pin năng lượng mặt trời cung cấp không liên tục, điện áp trên tụ DC sẽ dao động Tỉ lệ điều biên m của bộ nghịch lưu sẽ thay đổi liên tục nhằm đảm bảo cung cấp nguồn cho tải và duy trì điện áp trên tụ DC theo các yêu cầu đã đặt ra.
Hình 5.22 Điện áp trên tụ điện sau bộ BuckBoost cấp cho bộ MLC 2 5 bậc
Kết quả từ dạng sóng điện áp trên tụ nguồn cấp cho bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc cho thấy mô hình duy trì giá trị điện áp ổn định là 650V, không thay đổi trong quá trình hoạt động ở trạng thái xác lập của bộ MLC 2 5 bậc.
Hình 5.23 Dòng điện ba pha của lưới điện và của bộ nghịch lưu MLC 2
So sánh hai dạng sóng dòng điện của lưới và bộ nghịch lưu cho thấy chúng cùng pha và dao động điều hòa, điều này chứng tỏ không có dòng công suất phản kháng trao đổi với tải hay hệ thống điện Để dễ dàng quan sát dạng sóng điện áp và dòng điện, giá trị điện áp ngõ ra được giảm 15 lần so với giá trị thực trong các hình minh họa bên dưới.
Hình 5.24 Sóng dòng điện của bộ MLC 2 và điện áp của lưới (đã giảm tỉ lệ)
Hình 5.25 Sóng dòng điện và điện áp của lưới (đã giảm tỉ lệ)
Hình 5.24 cho thấy dạng sóng dòng điện từ bộ nghịch lưu MLC 2 cùng pha với dạng sóng điện áp lưới điện Điều này chứng minh rằng bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc không cung cấp công suất phản kháng theo các tham số điều khiển đã được quy định.
5.2.2 Điều kiện nhiệt độ không đổi, bức xạ ánh sáng thay đổi đột ngột, tải R
Sau khi hệ thống đạt trạng thái ổn định ở nhiệt độ 25°C, việc giảm đột ngột cường độ bức xạ ánh sáng chiếu vào hệ thống pin mặt trời xuống còn 0,8 tại thời điểm 0,75 giây đã mang lại những kết quả đáng chú ý.
Hình 5.26 Điện áp và dòng điện ngõ ra của hệ thống pin năng lượng mặt trời
Hình 5.27 Điện áp trên tụ bộ BuckBoost cấp nguồn cho bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Khi cường độ bức xạ ánh sáng giảm đột ngột, đặc tuyến V-A của hệ thống pin thay đổi, dẫn đến giảm công suất của hệ thống Bộ BuckBoost IncCond MPPT tự động tìm điểm công suất cực đại mới, với điện áp và dòng điện thấp hơn so với điểm ban đầu Chương trình IncCond MPPT xác định điện áp VPPT mới thấp hơn điện áp hiện tại, kích hoạt khóa để chuyển công suất qua tụ C 8mF, cung cấp nguồn cho bộ nghịch lưu Kết quả là điện áp trên tụ tăng lên và dao động cho đến khi đạt trạng thái ổn định sau khoảng 0,05 giây.
Hình 5.28 Điện áp lưới và dòng điện từ bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi có sự thay đổi
Khi điện áp trên tụ cung cấp cho bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc thay đổi, bộ điều khiển sẽ điều chỉnh điện áp Vd và Vq để giảm điện áp trên tụ về 650V Việc điều chỉnh này làm tăng dòng điện trên pha a ngay lập tức, sau đó dòng điện sẽ dao động khác dạng sin và cuối cùng trở lại hình dạng sin như yêu cầu điều chế Khi công suất từ bộ nguồn pin mặt trời giảm, dòng điện ngõ ra của bộ nghịch lưu cũng giảm khi đạt trạng thái xác lập Do dòng điện từ bộ nghịch lưu giảm xuống như tải không đổi, dòng điện từ nguồn vào tải sẽ tăng lên, tạo ra dạng sóng như hình 5.29.
Hình 5.29 Điện áp và dòng điện cung cấp từ lưới khi có sự thay đổi
Hình 5.30 Sự thay đổi dòng điện trên 3 pha của lưới điện và dòng điện từ bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Hình 5.30 cho thấy trạng thái dao động của dòng điện nguồn và dòng điện từ bộ nghịch lưu khi có sự thay đổi điều kiện bên ngoài ảnh hưởng đến nguồn pin năng lượng mặt trời Dòng điện trên tất cả các pha của nguồn và bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc đều dao động và ổn định sau khoảng 4 chu kỳ Dòng điện từ lưới tăng lên để bù đắp cho sự giảm dòng điện từ bộ nghịch lưu.
Mặc dù có sự thay đổi về công suất và dòng điện, nhưng công suất phản kháng mà bộ nghịch lưu cung cấp cho tải và lưới vẫn không tồn tại, do sóng điện áp và dòng điện từ bộ nghịch lưu cùng pha.
5.2.3 Điều kiện ánh sáng tốt, nhiệt độ 33 0 C, tải R
Kết quả mô phỏng ở trạng thái xác lập ta có được các tín hiệu sau:
Hình 5.31 Điện áp và dòng điện ngõ ra của hệ thống pin mặt trời
Hình 5.32 Điện áp trên tụ điện sau bộ BuckBoost cấp cho bộ MLC 2 5 bậc
So sánh giữa hình 5.18 và 5.31 cho thấy rằng điện áp ngõ ra của hệ thống pin năng lượng mặt trời đã giảm trong điều kiện mới, dẫn đến công suất ngõ ra cũng bị giảm Mặc dù có sự thay đổi về điện áp và công suất, nhưng thông qua bộ BuckBoost IncCond MPPT, điện áp trên tụ cấp nguồn cho bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc vẫn được duy trì ở mức 650V, như thể hiện trong hình 5.22 và hình 5.32.
Bộ nghịch lưu được điều khiển với các thông số tương tự như phần 5.2.1, tuy nhiên do công suất từ nguồn pin năng lượng mặt trời thấp hơn, dòng điện ngõ ra của bộ nghịch lưu giảm so với hình 5.35 Điều này dẫn đến việc dòng điện cung cấp từ lưới phải lớn hơn như thể hiện trong hình 5.36.
Hình 5.33 Tỉ lệ điều biên m trong giai đoạn xác lập
Hình 5.34 Giá trị V d và V q yêu cầu bộ nghịch lưu đều chế
Hình 5.35 Sóng dòng điện của bộ MLC 2 và điện áp của lưới (đã giảm tỉ lệ)
Hình 5.36 Sóng dòng điện và điện áp của lưới (đã giảm tỉ lệ)
Hình 5.37 Dòng điện ba pha của lưới điện và của bộ nghịch lưu MLC 2
Hình 5.38 Điện áp pha a của bộ nghịch lưu trước khi qua bộ lọc
Bộ nghịch lưu duy trì dạng sóng sin cho điện áp và dòng điện, đồng thời không cung cấp hay tiêu thụ công suất phản kháng cho tải hoặc hệ thống điện Điều này được xác nhận khi đặt giá trị Iq = 0, cho thấy điện áp lưới và dòng điện từ bộ nghịch lưu cùng pha, như minh họa trong hình 5.35.
5.2.4 Điều kiện nhiệt độ 33 0 C, bức xạ ánh thay đổi đột ngột, tải R
Sau khi hệ thống đạt nhiệt độ ổn định ở 33°C, việc giảm đột ngột cường độ bức xạ ánh sáng chiếu vào hệ thống pin mặt trời xuống còn 0,85 tại thời điểm 0,75 giây đã mang lại những kết quả đáng chú ý.
Hình 5.39 Điện áp và dòng điện ngõ ra của hệ thống pin năng lượng mặt trời
Hình 5.40 Điện áp trên tụ bộ BuckBoost cấp nguồn cho bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc
Khi cường độ bức xạ ánh sáng giảm đột ngột, đặc tuyến V-A của hệ thống pin thay đổi, dẫn đến giảm công suất của hệ thống Bộ BuckBoost IncCond MPPT tự động tìm điểm công suất cực đại mới, với điện áp và dòng điện thấp hơn so với điểm ban đầu Chương trình IncCond MPPT xác định điện áp VPPT mới thấp hơn, kích hoạt khóa để truyền công suất qua tụ C 8mF, cung cấp nguồn cho bộ nghịch lưu Kết quả là điện áp trên tụ tăng lên và dao động cho đến khi đạt trạng thái ổn định sau khoảng 0,05 giây.
Hình 5.41 Điện áp lưới và dòng điện từ bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc khi có sự thay đổi
Hình 5.42 Điện áp và dòng điện cung cấp từ lưới khi có sự thay đổi
Hình 5.43 Sự thay đổi dòng điện trên 3 pha của lưới điện và dòng điện từ bộ nghịch lưu MLC 2 5 bậc