- 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ NGHỊCH LƯU CHO CÁC ỨNG DỤNG NỐI LƯỚI. - 8 1.1 Các bộ nghịch lưu làm việc được 1 chế độ Step – up hoặc Step – out. - 8 1.1.1 Bộ nghịch lưu nguồn dòng CSI. - 8 1.1.2 Bộ nghịch lưu nguồn áp VSI. - 8 1.2 Các bộ nghịch lưu làm việc được ở 2 chế độ Buck và Boost. - 9 1.2.1 Bộ nghịch lưu nguồn Z. - 9 1.2.2 Bộ nghịch lưu chuyển mạch mềm tự nhiên NSSI. - 10 1.2.3 Bộ nghịch lưu 2 tầng tăng, hạ áp “Boost in boost, buck in buck. - 11 1.2.4 Bộ nghịch lưu 3 tầng công suất. - 12 1.2.5 Bộ nghịch lưu cầu và nửa cầu Aalborg. - 13 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN THÔNG SỐ MẠCH LỰC CHO BỘ NGHỊCH LƯU NỬA CẦU LOẠI A. - 15 2.1 Phân tích bộ nghịch lưu nửa cầu loại A. - 19 3 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ NGHỊCH LƯU. - Mô hình hoá bộ nghịch lưu Aalborg. - Mô hình hóa bộ nghịch lưu cấu trúc nửa cầu loại A ở chế độ Boost. - Mô hình hóa bộ nghịch lưu Aalborg trong chế độ Buck. - 32 3.2 Thiết kế bộ điều khiển của bộ nghịch lưu Aalborg. - 37 3.2.1 Thiết kế bộ điều khiển cho bộ nghịch lưu Aalborg ở chế độ Boost. - Thiết kế bộ điều khiển cho bộ nghịch lưu Aalborg ở chế độ Buck. - 42 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU CẤU TRÚC NỬA CẦU LOẠI A. - 57 4 MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Bộ nghịch lưu nguồn dòng CSI 1 pha nối lưới. - 8 Hình 1.2: Bộ nghịch lưu nguồn áp VSI 1 pha nối lưới. - 9 Hình 1.3: Bộ nghịch lưu nguồn Z nối lưới. - 9 Hình 1.4: Bộ nghịch lưu chuyển mạch mềm tự nhiên nối lưới. - 12 Hình 1.7: Sơ đồ mạch lực nghịch lưu Aalborg loại A. - 13 Hình 1.8: Sơ đồ mạch lực nghịch lưu Aalborg loại B. - 14 Hình 2.1: Bộ nghịch lưu cấu trúc nửa cầu. - 18 Hình 3.1: Sơ đồ mạch điện bộ nghịch lưu ở chế độ Boost. - 26 Hình 3.2: Sơ đồ mạch điện của bộ nghịch lưu ở chế độ Boost trong trạng thái 1. - 26 Hình 3.3: Sơ đồ mạch điện của bộ nghịch lưu ở chế độ Boost trong trạng thái 2. - 47 Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng mạch lực của bộ nghịch lưu Aalborg. - 47 Hình 4.3: Sơ đồ mô phỏng khối điều khiển của bộ nghịch lưu Aalborg. - Đầu vào của bộ nghịch lưu là điện áp đầu ra của những nguồn năng lượng tái tạo với điện áp không ổn định, khoảng dao động lớn. - Đó là các bộ nghịch lưu nửa cầu. - Do vậy, em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế bộ nghịch lưu cấu trúc nửa cầu loại A cho các ứng dụng nối lưới”. - Chương 1: Tổng quan về các bộ nghịch lưu cho các ứng dụng nối lưới. - Chương này sẽ trình bày cấu trúc và các chế độ làm việc của bộ nghịch lưu. - Chương 3: Mô hình hóa và thiết kế bộ điều khiển cho bộ nghịch lưu Aalborg. - Bằng phương pháp mô hình tín hiệu nhỏ tiến hành mô hình hóa bộ nghịch lưu. - Từ mô hình hóa đã có, thiết kế bộ điều khiển cho bộ nghịch lưu trong hai chế độ Buck và Boost. - Chương 4: Mô phỏng bộ nghịch lưu cấu trúc nửa cầu loại A. - Hình 1.1: Bộ nghịch lưu nguồn dòng CSI 1 pha nối lưới Bộ nghịch lưu nguồn dòng CSI là bộ nghịch lưu có kiểu mạch Boost (step- up) với biên độ điện áp DC đầu vào nhỏ hơn điện áp hòa lưới. - 9 Hình 1.2: Bộ nghịch lưu nguồn áp VSI 1 pha nối lưới Bộ nghịch lưu nguồn áp VSI là bộ nghịch lưu có kiểu mạch Buck với biên độ điện áp DC đầu vào lớn hơn biên độ điện áp hòa lưới. - Do vậy hiệu quả của nghịch lưu nguồn Z không cao bằng các bộ nghịch lưu nguồn áp và nguồn dòng. - Do đó bộ nghịch lưu này có thể hoạt động ở dải điện áp DC đầu vào rộng như trong các máy phát điện gió đồng bộ với bộ chỉnh lưu diot. - Hình 1.5 chỉ ra bộ nghịch lưu 2 tầng ở 2 chế độ đồng thời. - Hình 1.5: (a) Mạch lực bộ nghịch lưu 2 tầng (b) Nguyên lý làm việc theo thời gian 12 Ưu điểm của bộ nghịch lưu này là chỉ có 1 mức bị hạn chế ở 1 tần số trong 1 thời điểm. - Ở đây đưa ra một bộ nghịch lưu 2 chế độ đồng thời khác sử dụng hoàn toàn các MOSFET (như hình 1.6). - Khi làm việc ở trạng thái Buck, bộ lọc đầu vào LC có thể gây ra vấn đề điều khiển, đây cũng chính là nhược điểm của bộ nghịch lưu này. - Chế độ làm việc của bộ nghịch lưu phụ thuộc hoàn toàn vào quan hệ giữa giá trị điện áp đầu vào DC và biên độ điện áp đầu ra AC. - Như vậy phân tích nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu ta sẽ xét 2 chế độ làm việc vừa trình bày phía trên. - Vg_A) Khi điện áp đầu vào DC lớn hơn biên độ điện áp lưới thì trình tự hoạt động của bộ nghịch lưu được chia làm 2 phần với mỗi phần là 1 nửa chu kì điện áp lưới. - Bộ nghịch lưu lúc này làm việc như là một bộ VSI nối lưới thông qua bộ lọc LCL. - Mạch điện tương đương như ở hình 2.3(b) và bộ nghịch lưu làm việc như một bộ biến đổi kiểu Buck với bộ lọc đầu ra LCL nối lưới. - Mạch tương đương được chỉ ra ở hình 2.3(c) và bộ nghịch lưu hoạt động như bộ biến đổi Boost với bộ lọc đầu ra CL nối lưới. - Mạch điện tương đương như ở hình 2.3(b) và bộ nghịch lưu làm việc như một bộ biến đổi kiểu Buck với bộ lọc LCL nối lưới. - Ta có các thông số tính toán như sau: Nguồn DC đầu vào thay đổi trong phạm vi 150 – 350V Điện áp lưới là: Vg πt (V) Công suất của bộ nghịch lưu P = 2000W. - Do đó, điện áp đầu ra bộ nghịch lưu Vg chính bằng điện áp lưới điện và công suất đầu vào DC bằng công suất đầu ra bơm vào lưới. - là độ đập mạch dòng điện phía nghịch lưu. - Chương tiếp theo sẽ trình bày việc mô hình hóa và thiết kế bộ điều khiển cho bộ nghịch lưu. - 25 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ NGHỊCH LƯU 3.1. - Mô hình hóa bộ nghịch lưu cấu trúc nửa cầu loại A ở chế độ Boost Ở chế độ Boost van S2 (hoặc S5) làm việc ở tần số cao. - Sơ đồ thay thế của bộ 26 nghịch lưu ở chế độ này được rút ra như hình 3.1. - Bộ nghịch lưu lúc này giống như một bộ biến đổi Boost với bộ lọc đầu ra LC. - Hình 3.1: Sơ đồ mạch điện bộ nghịch lưu ở chế độ Boost. - Hình 3.2: Sơ đồ mạch điện của bộ nghịch lưu ở chế độ Boost trong trạng thái 1. - Áp dụng định luật Kirchhoff 1 và 2 vào sơ đồ mạch điện ở hình 3.2 có được hệ phương trình mô tả sơ đồ mạch điện bộ nghịch lưu Aalborg ở chế độ Boost trong trạng thái 1 như sau: 27. - t+TS], S2 (hoặc S5) không dẫn sơ đồ thay thế (trạng thái 2) của bộ nghịch lưu như hình 3.3. - Qua đó thấy được, tính chất đặc trưng của chế độ Boost của bộ nghịch lưu là điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào. - Hình 3.3: Sơ đồ mạch điện của bộ nghịch lưu ở chế độ Boost trong trạng thái 2. - Áp dụng định luật Kirchhoff 1 và 2 vào sơ đồ mạch điện ở hình 3.3 có được hệ phương trình mô tả bộ nghịch lưu Aalborg ở chế độ Boost trong trạng thái 2. - (3.15) Từ công thức (3.14) và (3.15) xác định được điểm làm việc của bộ nghịch lưu Aalborg ở chế độ Boost là. - Mô hình hóa bộ nghịch lưu Aalborg trong chế độ Buck Ở chế độ Buck van S1 (hoặc S4) làm việc ở tần số cao, các van S3 (hoặc S6) ở trạng thái dẫn dòng và các van còn lại ở trạng thái khóa. - Sơ đồ thay thế của bộ nghịch lưu Aalborg ở chế độ này được rút ra như hình 3.4. - Bộ nghịch lưu lúc này hoạt động như một bộ biến đổi Buck với bộ lọc đầu ra LCL. - Hình 3.4 Sơ đồ mạch điện bộ nghịch lưu Aalborg ở chế độ Buck. - Trong một chu kì đóng cắt TS, khi S1 hoặc S4 dẫn dòng, sơ đồ thay thế mạch điện của bộ nghịch lưu Aalborg ở chế độ Buck (trạng thái 1) như hình 3.5. - Áp dụng định luật Kirchhoff 1 và 2 vào sơ đồ mạch điện ở hình 3.5 có được hệ phương trình mô tả sơ đồ mạch điện bộ nghịch lưu Aalborg ở chế độ Buck trong trạng thái 1. - Áp dụng định luật Kirchhoff 1 và 2 vào sơ đồ mạch điện ở hình 3.6 có được hệ phương trình mô tả sơ đồ mạch điện bộ nghịch lưu ở chế độ Buck trong trạng thái 2: 35. - (3.29) Theo [1], trong chế độ Buck của bộ nghịch lưu Aalborg được mô tả trong mô hình không gian trạng thái với sự tham gia của hệ số điều chế d như sau. - (3.33) Từ (3.32) và (3.33) xác định được điểm làm việc của bộ nghịch lưu Aalborg ở chế độ Buck là. - (3.36) 3.2 Thiết kế bộ điều khiển của bộ nghịch lưu Aalborg Sau khi mô hình hóa bộ nghịch lưu Aalborg có được hàm truyền giữa dòng điện i1(t) với hệ số điều chế d ở hai chế độ Buck và Boost ở (3.22) và (3.36). - Thiết kế bộ điều khiển cho bộ nghịch lưu Aalborg với các thông số sau: điện áp DC đầu vào Udc từ 150V đến 350V. - Để xác định được bộ nghịch lưu làm việc ở chế độ nào ta cần so sánh giá trị điện áp DC đầu vào với biên độ điện áp lưới. - Nếu giá trị điện áp DC đầu vào lớn hơn biên độ điện áp lưới thì bộ nghịch lưu sẽ làm việc ở chế độ Buck với giá trị đặt dòng i1 được tính theo công thức. - Nếu giá trị điện áp DC đầu vào nhỏ hơn biên độ điện áp lưới, bộ nghịch lưu sẽ làm việc ở chế độ Boost với giá trị dòng đặt i1 là. - Thiết kế bộ điều khiển cho bộ nghịch lưu Aalborg ở chế độ Buck Chọn điểm làm việc tại E = 250 V. - 46 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU CẤU TRÚC NỬA CẦU LOẠI A 4.1. - R2 = 0.1 ta tiến hành mô phỏng bộ nghịch lưu cấu trúc nửa cầu loaại A bằng phần mềm Matlab. - Điều kiện mô phỏng: tiến hành mô phỏng bộ nghịch lưu Aalborg bằng phần mềm Matlab với thời gian mô phỏng t = 1s, với 3 trường hợp điện áp DC đầu vào thay đổi khác nhau. - Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng mạch lực của bộ nghịch lưu Aalborg. - 48 Hình 4.3: Sơ đồ mô phỏng khối điều khiển của bộ nghịch lưu Aalborg. - Với điện áp đầu vào DC nhỏ hơn biên độ điện áp lưới trong một chu kì điện áp lưới bộ nghịch lưu làm việc ở cả hai chế độ Buck và Boost. - Trong mỗi chu kì có bốn khoảng thời gian (T1, T3, T4, T6) bộ nghịch lưu làm việc ở chế độ Buck và hai khoảng thời gian (T2, T5) bộ nghịch lưu làm việc ở chế độ Boost. - Như vậy, từ các đồ thị dòng và áp trong từng trường hợp trên ta có thể thấy: khi biên độ điện áp lưới AC thấp hơn điện áp đầu vào DC bộ nghịch lưu làm việc ở chế độ Buck khá tốt (hình 4.4). - Hình 4.7 mô phỏng kết quả khi bộ nghịch lưu làm việc ở cả hai chế độ Buck và Boost. - Hình 4.10 cũng trong trường hợp bộ nghịch lưu làm việc ở hai chế độ Buck và Boost trong một chu kì nhưng điện áp đầu vào thay đổi liên tục. - mô hình toán của bộ nghịch lưu Aalborg cấu trúc nửa cầu loại A ở các chế độ làm việc. - xây dựng phương án điều khiển và thiết kế tham số bộ điều khiển cho bộ nghịch lưu Aalborg. - tính toán, mô phỏng bộ nghịch lưu Aalborg nối lưới trên phần mềm Matlab để kiểm nghiệm lại lý thuyết đã xây dựng
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt