- Bộ biến đổi đa mức cấu trúc module. - 34 3.3.3 Mạch vòng điện áp hiệu dụng. - 40 3.5.3 Hiệu chỉnh mạch vòng điện áp một chiều. - 48 4.2 Lựa chọn thuật toán NLM cho MMC và thuật toán cân bằng điện áp. - 51 4.2.2 Thuật toán cân bằng điện áp. - 57 5.2.2 Điện áp nhánh pha trên và dưới của 1 pha. - 57 5.2.3 Điện áp dây đầu ra. - 58 5.2.4 Điện áp trên các pha đầu ra. - Tổng điện áp trên tụ của nhánh trên và nhánh dưới. - Thành phần d và q của điện áp lưới. - 13 Bảng 2.2: Bảng trạng thái van, điện áp đầu ra, chiều dòng điện và trạng thái tụ. - 13 Hình 2.5: Trạng thái hoạt động và dạng điện áp ra của một Sub-module. - 15 Hình 2.7: Điện áp xoay chiều đầu ra của bộ MMC 10 mức. - 25 Hình 3.4: Phương pháp điều chế NLM, dạng điện áp ra trên một nhánh. - 35 Hình 3.11: Mạch vòng điều chỉnh điện áp hiệu dụng. - 41 Hình 3.17 :Mô hình hàm truyền bộ điều chỉnh điện áp một chiều. - 41 Hình 3.18 Kết quả bộ điều khiển điện áp 1 chiều DC với bộ PI theo tính toán. - 2 Điện áp nhánh pha trên và dưới của pha A. - 3 Điện áp dây AB, BC và AC đầu ra của MMC. - 4 Điện áp trên các pha A, B và C đầu ra. - Bộ nghịch lưu đa mức (Multilevel converter - MC) được giới thiệu vào năm 1975 [1], bộ nghịch lưu đa mức cung cấp hơn hai cấp điện áp. - Có hai nhóm lớn trong của phương pháp điều chế đó là điều chế véctơ không gian và điều chế dựa trên thuật toán về mức điện áp. - Trong điều chế theo dạng điện áp thì có điều chế theo phương pháp PWM, theo sóng hài hoặc theo phương pháp Nerest Level Modulation (NLM). - Hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều là một hệ thống có công suất rất lớn, và yêu cầu chất lượng điện áp cao, và bộ biến đổi MMC đã được sử dụng và phát huy được những ưu điểm của nó. - Với đề tài được giao:“Mô hình hóa và xây dựng cấu trúc điều khiển cho bộ biến đổi đa mức cấu trúc module”, nội dung luận văn này tập trung vào việc phát triển thuật toán NLM kết hợp với thuật toán cân bằng năng lượng cho bộ biến đổi MMC công suất 21 MW, điện áp một chiều 20 kV sử dụng 20 module thành phần ở mỗi pha của bộ biến đổi. - Nguyên lý của bộ biến đổi đa mức cấu trúc module Từ những phân tích ở mục 2.1, có thể tổng hợp lại thành bảng sau: Cấu trúc SM Mức điện áp DC – fault handling Tổn hao Nửa cầu 0,V c Không Thấp Cầu hoàn chỉnh 0, V c Có Cao Đi-ốt kẹp 1 2 1 20. - Bộ biến đổi đa mức cấu trúc Module 14 a) Dòng điện ix có chiều dương b) Dòng điện ix có chiều âm Hình 2.5: Trạng thái hoạt động và dạng điện áp ra của một Sub-module Trường hợp dòng điện ix chảy trong mạch có chiều dương như hình a). - Nếu van S1 ON, S2 OFF thì điện áp phía xoay chiều bộ biến đổi nửa cầu VSM = Vc, trạng thái này gọi là trạng thái module được chèn vào (inserted). - Tuy nhiên đây là trạng thái thường phải tránh xảy ra khi điều khiển bộ biến đổi MMC bởi những khó khăn trong việc kiểm soát điện áp đầu ra của bộ biến đổi. - Bộ biến đổi đa mức cấu trúc Module 15 Trạng thái van Điện áp ra của 1 SM Chiều dòng điện Trạng thái tụ S1 S2 1 0 Vc + Nạp 0 1 0 + Nối tắt 1 0 Vc - Xả 0 1 0 - Nối tắt Bảng 2.2: Bảng trạng thái van, điện áp đầu ra, chiều dòng điện và trạng thái tụ 2.2.2. - Bộ điều khiển có nhiệm vụ giữ cho điện áp phân phối tốt nhất giữa các Sub-module ở trên một phía của một pha. - Bộ biến đổi đa mức cấu trúc Module 16 Để giữ cho điện áp trên mỗi module riêng lẻ là không đổi, tổng số module được kết nối trên một nhánh pha phải được giữ không đổi. - khi đó điện áp trung bình sẽ thay đổi. - Để tránh trường hợp này, chỉ có module ở nhánh trên và N-n module ở nhánh dưới được sử dụng để đạt được điện áp đầu ra mong muốn. - Tại một thời điểm chỉ có một nửa số lượng module thành phần được chèn vào, do đó tổng điện áp đặt lên tất cả các tụ (kể cả được chèn vào hay bỏ qua) bằng 2VDC Hình 2.7: Điện áp xoay chiều đầu ra của bộ MMC 10 mức Hình 2.7 mô tả điện áp đầu ra. - Giả định rằng điện áp được phân phối đều giữa các tụ của các module và Chương 2. - Bộ biến đổi đa mức cấu trúc Module 17 các tụ đủ lớn để điện áp không bị dao động. - Sau khi một module ở nhánh trên được chèn vào và một module ở nhánh dưới được bỏ qua thì điện áp đầu ra đạt 4V (VDC/2 – Vmodule). - Càng nhiều module ở nhánh trên được chèn vào và module ở nhánh dưới bị bỏ qua thì điện áp xoay chiều đầu ra càng giảm. - Đối với bộ biến đổi hai mức truyền thống, mỗi van phải chịu điện áp khoá lên tới vài trăm Chương 2. - Điện áp xoay chiều đầu ra. - Điện áp của điểm nối giữa bộ biến đổi và hệ xoay chiều. - Điện áp một chiều đầu vào bộ biến đổi. - Tổng điện áp của các tụ thuộc module được chèn vào ở nhánh trên và dưới. - Ta có công thức điện áp tức thời trên các nhánh như sau: (t. - (3.6) Từ đó ta có biểu thức tính điện áp xoay chiều phía tải như sau. - (3.12) Có thể thấy rằng điện áp đầu ra. - mà chỉ phụ thuộc vào điện áp một chiều. - và tổng điện áp trên các tụ ở nhánh trên và nhánh dưới. - Mô hình hoá bộ biến đổi MMC . - Điện áp đầu ra trên lưới trong khung tọa độ dq là. - là thành phần d và q của điện áp lưới. - Khi thực hiện bám theo điện áp đầu ra hình sin, số lượng các module được chèn vào sẽ tăng dần cho tới khi cực đại, sau đó giảm dần. - Giá trị đầu ra sau khi đổi qua hệ quy chiếu abc được sử dụng để điều chỉnh điện áp đầu ra trên mỗi pha của bộ MMC (bằng cách điều chỉnh số lượng module chèn vào hay bỏ qua trên mỗi pha). - Cấu trúc tổng quan của mạch vòng điều khiển được chỉ ra như ở hình 3.7 Hình 3.7: Cấu trúc tổng quan của mạch vòng điều khiển Bộ điều khiển dòng điện dq abc NLM MMC dq abc Bộ điều khiển công suất Bộ điều khiển điện áp hiệu dụng. - Theo hình 3.1 ta có mối quan hệ giữa điện áp xoay chiều đầu ra với dòng điện xoay chiều trong bộ MMC Chuyển sang hệ tọa độ dq Hay. - Điện áp xoay chiều đầu ra ảnh hưởng tới dòng xoay chiều ra Hình 3.8: Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển dòng điện của bộ biến đổi MMC Ta có mạch vòng điều khiển dòng điện như sau [5]: Hình 3.9: Biểu diễn dạng hàm truyền mạch vòng điều khiển dòng điện Trong đó: PI Controller: bộ điều khiển PI có hàm truyền . - Mạch vòng công suất Khối đầu tiên của mạch vòng công suất là bộ điều khiển PI tạo ra tín hiệu điện áp. - trong trường hợp này là tham số, là thành phần d của điện áp lưới, giá trị. - Từ đó thu được Mạch vòng điện áp hiệu dụng Bộ điều chỉnh điện áp. - Mạch vòng điện áp hiệu dụng. - để điều khiển điện áp đầu ra phía xoay chiều đạt được giá trị đặt với thời gian xác lập là ngắn nhất. - Bộ điều khiển là bộ PI với điện áp đặt. - Tính toán điện áp trên trục q, từ (2.20. - (3.59) Hàm truyền để tính toán điện áp của bộ điều khiển là: ()=−14. - Hàm truyền hệ hở của bộ điều khiển điện áp xác định bởi: Chương 3. - (3.62) Hàm truyền hệ kín của bộ điều khiển điện áp. - (3.63) Ở mạch vòng điện áp hiệu dụng theo [5], lấy . - (3.64) Hình 3.11: Mạch vòng điều chỉnh điện áp hiệu dụng 3.4. - (3.65) Chọn chỉ số điều chế m=1 thì điện áp xoay chiều phía đầu ra theo kV) (3.66) Năng lượng lớn nhất có thể lưu trữ trên bộ MMC . - 1140(A) Ta xét trường hợp khi tất cả các van nhánh dưới dẫn thì điện áp ra bằng. - Khi đó thì điện áp mỗi van chịu là bằng. - suy ra điện áp mỗi van phải chịu là bằng : U. - Mô hình hoá bộ biến đổi MMC 41 Hình 3.15: Mô hình hàm truyền bộ điều khiển công suất trên Matlab Simulink Ta được kết quả như sau: Hình 3.16: Kết quả bộ điều khiển công suất với bộ số PI tính toán 3.5.3 Hiệu chỉnh mạch vòng điện áp một chiều Hình 3.17 :Mô hình hàm truyền bộ điều chỉnh điện áp một chiều Ta thu được kết quả như sau: Chương 3. - Mô hình hoá bộ biến đổi MMC 42 Hình 3.18 Kết quả bộ điều khiển điện áp 1 chiều DC với bộ PI theo tính toán Ta nhận thấy, thời gian đáp ứng của bộ điều khiển dòng điện là lớn, ta sẽ đi hiệu chỉnh lại bộ thông số PI. - Tính toán điện áp Chia Làm tròn Phát xung Cân bằng điện áp tụ Tín hiệu đặt Vd Số mức N Chương 4. - và điện áp như sau: Chương 4. - (4.7) Hình 4.3 thể hiện cấu trúc tổng quát của phương pháp NLM cổ điển sử dụng thuật toán cân bằng điện áp với tần số đóng cắt được giảm. - Tín hiệu đặt Tính toán điệa áp Bộ chia Làm tròn 0.5 Cân bằng điện áp tụ Phát xung Số mức N. - (4.9) Trong trường hợp này, những điện áp bậc thang của các nhánh và suất điện động xoay chiều được biểu diễn: Chương 4. - Điện áp tham chiếu của trên dưới mỗi nhánh và suất điện động xoay chiều tại thời điểm t=t2 được viết theo công thức . - (4.11) Trong trường hợp thứ hai này, điện áp dạng bậc thang của mỗi nhánh và suất điện động xoay chiều được viết lại như sau . - Vì vậy, đối với trường hợp điện áp thấp với một vài Sub-modules, độ Chương 4. - Thuận toán điều khiển NLM và phương pháp cân bằng năng lượng 49 méo sóng hài của điện áp ra có xu hướng lớn. - Điểm đáng chú ý là tại thời điểm chuyển mức ở dạng điện áp. - Sự khác biệt nhỏ này dẫn tới sự tăng đáng kể các mức điện áp. - (4.16) Điện áp dạng sóng bậc thang trên mỗi nhánh và suất điện động xoay chiều trong trường hợp thứ hai lúc này bằng . - Thuận toán điều khiển NLM và phương pháp cân bằng năng lượng 52 Hình 4.7: Lưu đồ thuật toán phương pháp NLM cải biến 4.2.2 Thuật toán cân bằng điện áp Cân bằng điện áp giữa các tụ ở các Sub-modules là một vấn đề chính của bộ biến đổi MMC. - Sự biến đổi điện áp trên tụ của Sub-modules khiến cho bộ ba pha có thể có những điện áp khác nhau. - vì thế có thể giảm đáng kể biên độ của dòng lưu thông mà không ảnh hưởng đến điện áp và dòng điện đầu ra của MMC. - Việc kiểm soát SM nào chèn vào hoặc bỏ dựa vào chiều dòng điện trong nhánh và giá trị điện áp tụ. - Thuật toán cân bằng điện áp tụ được thực hiện trên mỗi nhánh theo lưu đồ như hình 4.8 Chương 4. - Sắp xếp giá trị điện áp tụ theo thứ tự tăng dần và lưu vào một bảng. - 1300 µF 7 Điện trở của mỗi nhánh pha Rarm 0,1 Ω 8 Tần số điện áp đầu ra MMC f 50 Hz 9 Mật độ công suất EP 74.07 J/kVA Bảng 5.1: Các thông số mô phỏng cho bộ biến đổi MCC Chương 5: Mô phỏng và kiểm chứng kết quả 57 5.2. - 5.2.2 Điện áp nhánh pha trên và dưới của 1 pha Hình 5. - 2 Điện áp nhánh pha trên và dưới của pha A Nhìn vào hình 5.2 ta thấy đầu ra của mỗi pha đã tạo 11 mức( tính cả điện áp tại 0V) theo đúng như lý thuyết ở trên. - Chương 5: Mô phỏng và kiểm chứng kết quả 58 5.2.3 Điện áp dây đầu ra Hình 5. - 5.2.4 Điện áp trên các pha đầu ra Hình 5. - Chứng tỏ chất lượng điện áp rất tốt. - Chương trình thực hiện thuật toán cân bằng điện áp tụ #LOCAL REAL vcpa1 10 vcpa1(1)= $vc1pa vcpa1(2)= $vc2pa vcpa1(3)= $vc3pa vcpa1(4)= $vc4pa vcpa1(5)= $vc5pa vcpa1(6)= $vc6pa vcpa1(7)= $vc7pa vcpa1(8)= $vc8pa vcpa1(9)= $vc9pa vcpa1(10)= $vc10pa ! Luu lai gia tri dau vao cua level va N #LOCAL INTEGER soluongpa 1 #LOCAL INTEGER levelpa 1 #LOCAL INTEGER levelcupa 1 soluongpa = $Npa levelpa = $levelpa levelcupa = STORI(NSTORI) IF (levelpa .EQ
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt