Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ THỊ NGỌC VÂN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP THEO NGUYÊN LÝ DỰA TRÊN VÉC TƠ ĐIỆN ÁP LƯỚI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội – 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ THỊ NGỌC VÂN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP THEO NGUYÊN LÝ DỰA TRÊN VÉC TƠ ĐIỆN ÁP LƯỚI

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 9520216

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS. Nguyễn Huy Phương

2. TS. Phạm Quang Đăng

Hà Nội – 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng dẫn của tập thể hướng dẫn. Tài liệu tham khảo trong luận án được trích dẫn đầy đủ. Các kết quả nghiên cứu của luận án là trung thực và chưa từng được các tác giả khác công bố.

Hà Nội, ngày 05 tháng 12 năm 2023

Tập thể hướng dẫn Nghiên cứu sinh

PGS.TS. Nguyễn Huy Phương TS. Phạm Quang Đăng Vũ Thị Ngọc Vân

1

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu luận án, tác giả đã gặp nhiều khó khăn, thử thách. Chủ quan là do khả năng nghiên cứu còn hạn chế. Khách quan là do thông tin tư liệu và tài liệu tham khảo không thật đầy đủ, đặc biệt là sự ảnh hưởng của đại dịch Covid-19 trên thế giới nói chung và lan tới Việt Nam từ 22/01/2020 đến nay, dẫn đến Chính phủ Việt Nam đã phải thực hiện nhiều đợt cách ly toàn xã hội và giãn cách xã hội, làm cho quá trình nghiên cứu, trao đổi học thuật, xây dựng mô hình thực nghiệm, mô phỏng và chạy thử nghiệm kết quả nghiên cứu của luận án gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên, nhờ sự cố gắng của bản thân và được sự giúp đỡ tận tình của hai thầy giáo hướng dẫn, các gợi ý, chỉ bảo của các thầy/cô trong Viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa (KTĐK&TĐH) và Trường Điện-Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội, sự động viên tận tình của gia đình, đồng nghiệp, bạn bè, luận án đến nay đã hoàn thành. Trước tiên, tác giả xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới hai thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Huy Phương và TS. Phạm Quang Đăng, đã giúp định hướng, hướng dẫn và có nhiều gợi ý cho tác giả hoàn thành các nhiệm vụ đặt ra của luận án. Tác giả chân thành cảm ơn Viện KTĐK&TĐH, Trường Điện-Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội, đặc biệt là PGS.TS. Nguyễn Quang Địch, Giám đốc Viện KTĐK&TĐH đã dành thời gian và tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất cũng như hỗ trợ các nguồn tài liệu cho tác giả trong thời gian thực hiện nghiên cứu tại Viện, những lời động viên kịp thời của Thầy đã giúp tác giả có thêm niềm tin để hoàn thành luận án. Chân thành cảm ơn Ban đào tạo, Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hỗ trợ tác giả hoàn thành các thủ tục của luận án. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang, PGS.TS. Bùi Quốc Khánh, PGS.TS. Trần Trọng Minh, PGS.TS. Phạm Hồng Phúc, PGS.TS. Vũ Hoàng Phương và các thầy/cô đã dành thời gian hướng dẫn, đọc và đóng góp những ý kiến quý báu giúp luận án có tính khoa học hơn. Những buổi thảo luận và seminar khoa học bổ ích cùng với các thầy/cô, các bạn nghiên cứu sinh, thạc sỹ tại Viện định kỳ hàng tuần đã giúp tác giả có thêm sự say mê, kinh nghiệm nghiên cứu cũng như phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu phục vụ cho luận án tiến sĩ. Cảm ơn các bạn nghiên cứu sinh, thạc sỹ và kỹ sư của Viện KTĐK&TĐH vì sự hỗ trợ quý báu cho tác giả trong quá trình làm nghiên cứu của luận án. Cảm ơn Lãnh đạo Bộ Khoa học và Công nghệ, Lãnh đạo và các đồng nghiệp Vụ Công nghệ cao, Bộ Khoa học và Công nghệ đã tạo điều kiện về thời gian, đặc biệt đã hỗ trợ tác giả san sẻ bớt công việc của Vụ trong những thời điểm cần nhiều thời gian nghiên cứu tại Viện.

Cuối cùng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người bạn đời tri kỷ, các con của tác giả đang tuổi mới lớn đôi khi bị thiếu tình cảm và thiếu bàn tay chăm sóc của tác giả, người thân, đồng nghiệp và bạn bè đã dành những tình cảm, động viên giúp tác giả vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận án.

Nghiên cứu sinh

2

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................... 6

DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... 11

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ...................................................... 12

MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 16

1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................... 16

2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................... 18

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................ 18

4. Phương pháp nguyên cứu ............................................................................. 19

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ...................................................................... 19

6. Nội dung của luận án .................................................................................... 19

7. Những đóng góp mới của luận án ................................................................ 20

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỘNG ĐIỆN ÁP VÀ CHỐNG BIẾN ĐỘNG ĐIỆN ÁP ..................................................................................................... 21

1.1 Hiện tượng biến động điện áp ngắn hạn và các giải pháp chống biến động điện áp ngắn hạn được sử dụng trong thực tế ........................................................... 21

1.2 Nguyên tắc hoạt động và các chế độ làm việc của AVC ........................ 26

1.2.1 Nguyên tắc hoạt động ....................................................................... 26

1.2.2 Các chế độ làm việc của AVC .......................................................... 27

1.3 Cấu tạo của AVC và các nghiên cứu liên quan tới AVC ........................ 29

1.3.1 Cấu trúc của AVC ............................................................................ 29

1.3.2 Bộ biến đổi phía lưới của AVC ........................................................ 29

1.3.3 Bộ biến đổi phía tải của AVC .......................................................... 32

1.3.4 Các nghiên cứu về AVC ................................................................... 38

CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI PHÍA TẢI AVC SỬ DỤNG NGHỊCH LƯU BA PHA BỐN NHÁNH ......................... 41

2.1 Xây dựng mô hình toán học và điều khiển bộ biến đổi phía tải AVC .... 41

2.1.1 Cấu trúc của AVC sử dụng nghịch lưu 3 pha 4 nhánh và biến áp nối tiếp sơ cấp đấu sao ............................................................................................ 41

2.1.2 Mô hình máy biến áp nối tiếp trong AVC ........................................ 43

2.1.3 Mô hình bộ lọc đầu ra nghịch lưu .................................................... 46

3

2.1.4 Mô hình toán học toàn bộ mạch đầu ra của biến đổi phía tải ........... 49

2.2 Điều khiển bộ biến đổi phía tải của AVC ................................................ 50

2.2.1 Phân tích hàm truyền đối tượng điều khiển bộ biến đổi phía tải của

AVC 51

2.2.2 Thiết kế điều khiển theo cấu trúc điều khiển nối tầng ..................... 53

2.3 Kết quả mô phỏng và đánh giá ................................................................ 56

2.3.1 Tham số mô phỏng ........................................................................... 56

2.3.2 Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink ......................................... 57

2.3.3 Mô phỏng thời gian thực .................................................................. 61

CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ................................... 66

3.1 Kịch bản thử nghiệm ............................................................................... 66

3.1.1 Thiết kế bộ thí nghiệm AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh66

3.1.2 Kịch bản 1 ......................................................................................... 67

3.1.3 Kịch bản 2 ......................................................................................... 68

3.1.4 Kịch bản 3 ......................................................................................... 68

3.2 Lắp đặt hệ thống thử nghiệm ................................................................... 70

3.2.1 Lắp đặt trong phòng thí nghiệm ....................................................... 70

3.3 Kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm ........................................... 72

3.3.1 Kết quả thử nghiệm bộ AVC 5kVA ................................................. 72

CHƯƠNG 4. NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI PHÍA TẢI CỦA AVC .................................................................................... 83

4.1

Thiết kế mạch vòng điện áp theo cấu trúc hai vòng điều khiển song song 83

4.1.1 Thiết kế bộ điều khiển điện áp theo cấu trúc hai mạch vòng song song

84

4.1.2 Khử tác động xen kênh ..................................................................... 87

4.2 Thiết kế hệ điều khiển trong điều kiện không đối xứng .......................... 89

4.2.1 Nguyên nhân gây mất đối xứng điện áp cho tải ............................... 89

4.2.2 Phân tích điện áp thành các thành phần đối xứng ............................ 89

4.2.3 Cấu trúc điều khiển trong điều kiện không đối xứng của nguồn và của

tải 91

4.2.4 Feed-forward điện áp lưới để tăng tốc độ đáp ứng .......................... 93

4

4.3 Mô phỏng và kiểm chứng ........................................................................ 95

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 105

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............. 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 107

PHỤ LỤC 1 ........................................................................................................... 119

PHỤ LỤC 2 ........................................................................................................... 122

1. Thiết kế phần cứng ..................................................................................... 122

2. Thiết kế mạch đo lường phản hồi tín hiệu tương tự ................................... 122

3. Thiết kế mạch chỉnh lưu-nghịch lưu........................................................... 124

4. Thiết kế mạch driver điều khiển IGBT và mạch đảo ................................. 127

5. Kết quả thực nghiệm................................................................................... 132

5

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT Từ viết tắt Ý nghĩa tiếng anh Ý nghĩa tiếng việt

AVC 1 Active Voltage Conditioner Bộ điều áp tích cực

APLC 2

Active Power Line Conditioner Thiết bị điều hòa đường truyền tải điện tích cực

3 APF, AF Active Power Filter Bộ lọc tích cực

BBĐ 4 Bộ biến đổi

BANT 5 Biến áp nối tiếp

6 Mạch tách đồng bộ kép

DDSRF- PLL DC link 7 Mạch một chiều trung gian

8 DVR Dynamic Voltage Restorer Bộ khôi phục điện áp động

FB Full Bridge Mạch cầu hoàn chỉnh 9

HB Half Bridge Mạch nửa cầu 10

IGBT Transitor cách ly cực cửa 11

LF Isolated Gate Bipolar Transitor Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp 12

PI bộ điều khiển PI 13

PLL Phase Lock Loop Vòng khóa pha 14

PR 15 Bộ điều khiển khuếch đại- cộng hưởng

PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung 16

R Bộ điều khiển cộng hưởng 17

RST Bộ điều khiển RST 18

STATCOM Static Compensator Thiết bị bù tĩnh 19

Silicon Carbide MOSFET 20

SiC MOSFET SVM Space Vector Modulation Điều chế véc-tơ không gian 21

THD Total Harmonic Distortion Tổng méo sóng hài 22

6

Bộ cấp nguồn liên tục 23 UPS

24 UPQC Uninterruptible Power Supplier Unified Power Quality Conditioner Thiết bị điều hòa chất lượng điện hợp nhất

VCO Voltage Controller Ossillator Khối tạo ra tín hiệu xoay 25 chiều

7

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU

STT Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa

Véc-tơ điện áp lưới V 1 Ug, Ug(t)

2 Véc-tơ dòng điện lưới A Ig(t)

3 Véc-tơ điện áp chèn vào từ bộ AVC V Uinj(t)

4 Véc-tơ điện áp tải V UL(t)

Véc-tơ điện áp ra của AVC V Uout(t)

6 ω rad/s Tần số góc điện lưới

7 Dòng điện cuộn sơ cấp pha a, b, c của máy biến áp A i1a, i1b, i1c

8 V

Véc-tơ điện áp đặt đầu ra và điện áp đặt thành phần trên hệ tọa độ quay d-q-0

9 A i2d

*, Uout *, uoutd *, uoutq *, uout0 *, i2q *, * i20

Dòng điện tải hay dòng thứ cấp của máy biến áp trên hệ tọa độ quay d-q-0

*,

11 V uid

*, uiq *, ui0

Điện áp đặt đầu ra của nghịch lưu trên hệ tọa độ d- q-0

12 A Dòng điện tải trên hệ tọa độ quay d-q-0

13 A Dòng điện tải pha a, b, c

14 V Điện áp ra AVC cấp cho tải

15 Ω Điện trở cuộn dây sơ cấp iLd, iLq, iL0 iLa, iLb, iLc Uout, uoutd, uoutq, uout0, R1

16 mH Điện cảm tản phía sơ cấp L1

2

17 R’ Ω Điện trở cuộn dây thứ cấp quy đổi về sơ cấp

2

18 L’ mH Điện cảm tản phía thứ cấp quy đổi về sơ cấp

19 Ω Điện trở tương đương cho tổn hao sắt từ RM

20 mH Hỗ cảm LM

21 Ω Điện trở tương đương của máy biến áp RT

22 mH Điện cảm tương đương LT

23 Điện áp lưới quy đổi về phía sơ cấp Ug’

8

24 Tần số PWM fsw

25 Điện áp mạch một chiều Udc

Độ nhấp nhô của dòng điện 26 ∆IL-max

27 Sai lệch giữa lượng đặt điện áp VAVC ref

*

28 Lượng đặt về dòng điện is

29 V

Điện thế các đầu ra nhánh a, b, c và x của nghịch lưu ba pha bốn nhánh Via, Vib, Vic, Vix

30 V

Điện thế các đầu vào pha a, b, c và điểm trung tính của máy biến áp V1a, V1b, V1c và VG

31 Véc-tơ dòng điện đầu ra của nghịch lưu IL

32 Véc-tơ dòng điện sơ cấp máy biến áp I1

33 Ui

Véc-tơ điện áp đầu ra của cầu nghịch lưu ba pha bốn nhánh

34 Véc tơ điện áp sơ cấp của máy biến áp U1

35 Trở kháng tương đương của máy biến áp ZT

36 Điện áp sơ cấp

2q,

37 Điện áp thứ cấp u’

38 Dòng từ hóa

39 Điện áp dây V u1d, u1q, u10 2d, u’ u’ 20 iMd, iMq, iM0 Un

40 Công suất định mức W Pn

41 Điện dung của tụ lọc F Cf

42 Tần số cộng hưởng ωres

43 Bộ điều khiển dòng điện Ri(s)

44 Bộ điều khiển điện áp Ru(s)

45 Hàm truyền điện áp đầu ra Hu(s)

46 Hàm truyền dòng điện Hi(s)

47 GSVM(s)

Hàm truyền trễ điều khiển và khâu điều chế véc-tơ không gian

48 Fid(s)

Hàm truyền kín của vòng điều khiển dòng điện kênh d

9

49 Gud(s)

Hàm truyền hở của vòng điều khiển điện áp trong cấu trúc nối tầng

50 Uui(s)

Hàm truyền giữa điện áp đầu ra nghịch lưu và dòng điện

10

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Thông số các bộ điều chỉnh của bộ biến đổi phía tải AVC ................. 56

Bảng 2.2 Tham số mạch lực bộ điều áp tích cực AVC thí nghiệm .................... 56

Bảng 3.1 Thông số của Oscilloscope .................................................................. 69

Bảng 3.2 Thông số CW140 ................................................................................. 70

11

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của bộ lọc tích cực ............................................. 23

Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của UPS online [17] .......................................... 24

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của bộ chống sụt điện áp ................................... 25

Hình 1.4 Sơ đồ mô tả nguyên tắc hoạt động của AVC ....................................... 26

Hình 1.5 Đồ thị véc-tơ thể hiện nguyên lý bù lồi/lõm của AVC ........................ 26

Hình 1.6 Hoạt động của AVC khi điện áp lưới bình thường .............................. 27

Hình 1.7 Hoạt động của AVC khi điện áp lưới thấp hơn điện áp định mức ...... 27

Hình 1.8 Hoạt động của AVC khi điện áp lưới cao hơn điện áp định mức ........ 28

Hình 1.9 Hoạt động của AVC ở chế độ nối tắt (Bypass) khi có sự cố ............... 28

Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc các thành phần chính của AVC ................................. 29

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực bộ chỉnh lưu tích cực sử dụng cho AVC ............. 30

Hình 1.12 Cấu trúc điều khiển bộ biến đổi phía lưới sử dụng chỉnh lưu tích cực .................................................................................................................................. 31

Hình 1.13 Cấu trúc bộ biến đổi phía lưới sử dụng ba cầu H .............................. 34

Hình 1.14 Cấu trúc bộ biến đổi phía tải kết nối máy biến áp kiểu tam giác/sao hở .................................................................................................................................. 34

Hình 1.15 Cấu trúc bộ biến đổi phía tải kết nối máy biến áp kiểu sao/sao hở ... 35

Hình 1.16 Bộ biến đổi phía tải của AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van ............................................................................................................................ 35

Hình 1.17 Cấu trúc điều khiển trên hệ tọa độ a-b-c cho bộ biến đổi phía tải ..... 37

Hình 1.18 Sơ đồ điều khiển trên hệ tọa độ d-q-0 bộ biến đổi phía tải của AVC 38

Hình 2.1 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh .................................................................................................................................. 41

Hình 2.2 Sơ đồ tương đương máy biến áp .......................................................... 43

Hình 2.3 Mô hình toán học máy biến áp nối tiếp của AVC ............................... 45

Hình 2.4 Sơ đồ mạch lọc đầu ra nghịch lưu của AVC ........................................ 47

Hình 2.5 Sơ đồ tương đương mạch đầu ra AVC qui đổi về sơ cấp máy biến áp 49

Hình 2.6 Mô hình toán học mạch đầu ra AVC ................................................... 50

Hình 2.7 Cấu trúc điều khiển nối tầng ................................................................ 53

Hình 2.8 Mạch vòng điều khiển dòng điện ......................................................... 54

12

Hình 2.9 Mô tả toán học mạch vòng điều chỉnh điện áp .................................... 55

Hình 2.10 Kịch bản mô phỏng trên Matlab ........................................................ 58

Hình 2.11 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 1 pha còn 55% tại thời điểm đầu 58

Hình 2.12 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 2 pha còn 55% tại thời điểm đầu 58

Hình 2.13 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 3 pha còn 70% tại thời điểm đầu 59

Hình 2.14 Dạng điện áp khi điện áp lưới lồi 110% tại thời điểm đầu ................ 59

Hình 2.15 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 1 pha còn 55% tại thời điểm cuối .................................................................................................................................. 59

Hình 2.16 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 2 pha còn 55% tại thời điểm cuối .................................................................................................................................. 59

Hình 2.17 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 3 pha còn 70% tại thời điểm cuối .................................................................................................................................. 60

Hình 2.18 Sai lệch giữa điện áp đặt và điện áp ra bộ biến đổi phía tải của AVC .................................................................................................................................. 60

Hình 2.19 Kết quả phân tích Fourier điện áp pha A ........................................... 61

Hình 2.20 Giao tiếp giữa HIL402 và DSP TMS320F2808 ................................ 62

Hình 2.21 Sơ đồ mô phỏng trên Typhoon HIL402 ............................................. 62

Hình 2.22 Mô hình mô phỏng thời gian thực trên thiết bị Typhoon HIL402 ..... 63

Hình 2.23 Kết quả mô phỏng trên HIL: điện áp lưới, điện áp bù, điện áp tải, điện áp trên tụ ................................................................................................................... 63

Hình 2.24 Kết quả HIL khi lưới điện lõm 1 pha còn 55% .................................. 64

Hình 2.25 Kết quả HIL khi lưới điện lõm 2 pha còn 55% .................................. 64

Hình 2.26 Kết quả HIL khi lưới điện lõm 3 pha còn 70% .................................. 64

Hình 2.27 Kết quả HIL khi lưới điện lồi 3 pha 110% ........................................ 64

Hình 2.28 Kết quả HIL của điện áp trên tụ ......................................................... 65

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm bộ AVC với bộ biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu cầu ba pha bốn nhánh ............................................................................. 66

Hình 3.2 Hệ thống thử nghiệm bộ AVC với bộ tạo lõm điện áp ....................... 68

Hình 3.3 Hệ thống thử nghiệm bộ AVC với trường hợp tạo lồi điện áp ........... 68

Hình 3.4 Hệ thống thử nghiệm bộ AVC với động cơ ........................................ 69

Hình 3.5 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm bộ AVC với bộ tạo lõm điện áp ............. 70

Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm bộ AVC với trường hợp lồi điện áp ....... 71

Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm bộ AVC 5kVA với động cơ .................... 71

13

Hình 3.8 Dạng điện áp phía lưới khi xảy ra lõm điện áp 3 pha ......................... 72

Hình 3.9 Dạng điện áp quá độ phía tải trong lúc xảy ra lõm điện áp 3 pha ...... 73

Hình 3.10 Dạng điện áp lưới và tải trong lúc xảy ra lõm điện áp 3 pha khi xác lập .................................................................................................................................. 73

Hình 3.11 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi bộ AVC chưa hoạt động với lõm ba pha ............................................................ 74

Hình 3.12 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi bộ AVC hoạt động với lõm ba pha ..................................................................... 74

Hình 3.13 Dạng điện áp phía lưới khi xảy ra lõm điện áp một pha ................... 75

Hình 3.14 Dạng điện áp quá độ phía tải trong lúc xảy ra lõm điện áp một pha 76

Hình 3.15 Giá trị điện áp lưới và tải pha A đo trên Oscilloscope khi lõm điện áp một pha khi đã xác lập .............................................................................................. 76

Hình 3.16 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi bộ AVC chưa hoạt động với lõm một pha ......................................................... 77

Hình 3.17 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi bộ AVC hoạt động với lõm một pha .................................................................. 77

Hình 3.18 Dạng điện áp phía lưới khi xảy ra lồi điện áp .................................. 78

Hình 3.19 Dạng điện áp phía tải trong lúc xảy ra lồi điện áp ............................ 78

Hình 3.20 Giá trị của điện áp lưới và tải đo trên Oscilloscope khi xảy ra lồi điện áp .............................................................................................................................. 79

Hình 3.21 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi bộ AVC chưa tác động ....................................................................................... 79

Hình 3.22 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi bộ AVC tác động ................................................................................................ 79

Hình 3.23 Dạng điện áp lưới trong quá trình khởi động động cơ ....................... 80

Hình 3.24 Dạng điện áp phía tải trong quá trình sụt áp do khởi động động cơ . 81

Hình 4.1 Cấu trúc điều khiển song song ............................................................. 84

Hình 4.2 Đồ thị bode hàm truyền Hud(s), Huq(s) ................................................. 85

Hình 4.3 Đồ thị bode sau khi có bộ điều khiển của kênh d-q. ............................ 86

Hình 4.4 Đồ thị bode hàm truyền Hu0(s) khi không có bộ điều khiển ............... 86

Hình 4.5 Hàm truyền đối tượng kênh 0 sau khi có bộ điều khiển ...................... 87

Hình 4.6 Biểu diễn tác động xen kênh trên sơ đồ mạch ..................................... 88

Hình 4.7 Cấu trúc điều khiển tách kênh d-q ....................................................... 88

14

Hình 4.8 Phân tích điện áp không đối xứng thành các thành phần đối xứng (nguồn [16]) .......................................................................................................................... 89

Hình 4.9 Sơ đồ khối tính số phức α .................................................................... 91

Hình 4.10 Cấu trúc điều khiển kết hợp điều khiển PI và điều khiển cộng hưởng .................................................................................................................................. 92

Hình 4.11 Cấu trúc điều khiển sử dụng hai hệ tọa độ quay thuận và ngược ...... 93

Hình 4.12 Cấu trúc vòng điều khiển điện áp với feedforward điện áp lưới ...... 94

Hình 4.13 Mô hình mô phỏng trên Matlab-Simulink và Plecs ........................... 95

Hình 4.14 Điện áp lưới khi sụt áp 1 pha tại thời điểm 0,36s ............................. 96

Hình 4.15 Điện áp sau bộ nghịch lưu bù khi sụt áp 1 pha trên lưới tại thời điểm 0,36s .......................................................................................................................... 96

Hình 4.16 Điện áp tải trường hợp sụt áp 1 pha trên lưới ................................... 97

Hình 4.17 Điện áp tải trên hệ tọa độ d-q-0 ........................................................ 97

Hình 4.18 Đánh giá THD điện áp đầu ra bộ nghịch lưu khi bù điện áp lưới ..... 97

Hình 4.19 Điện áp lưới khi sụt áp 2 pha tại thời điểm 0,36s ............................. 98

Hình 4.20 Điện áp sau bộ nghịch lưu bù khi sụt áp 2 pha trên lưới tại thời điểm 0,36s .......................................................................................................................... 99

Hình 4.21 Điện áp tải trường hợp sụt áp 2 pha trên lưới ................................... 99

Hình 4.22 Điện áp tải trên hệ tọa độ dq0 ......................................................... 100

Hình 4.23 Đánh giá THD điện áp đầu ra bộ nghịch lưu khi bù điện áp lưới ... 100

Hình 4.24 Điện áp lưới khi sụt 3 pha tại thời điểm 0,36s ................................ 101

Hình 4.25 Điện áp sau bộ nghịch lưu bù khi sụt áp 3 pha trên lưới tại thời điểm 0,36s ........................................................................................................................ 101

Hình 4.26 Điện áp tải trường hợp sụt áp 3 pha trên lưới ................................. 102

Hình 4.27 Điện áp tải trên hệ tọa độ dq0 ......................................................... 102

Hình 4.28 Đánh giá THD điện áp đầu ra bộ nghịch lưu khi bù điện áp lưới ... 103 Equation Chapter 0 Section 1

15

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Chất lượng điện năng có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của các nhà máy và dây chuyền sản xuất trong công nghiệp. Sự gián đoạn cho dù trong khoảng thời gian vô cùng ngắn có thể gây ra những thiệt hại to lớn đối với mỗi nhà máy công nghiệp. Sự thiệt hại ở mức độ nhẹ có thể là tăng chi phí sản xuất do việc suy giảm chất lượng sản phẩm, tăng lượng phế phẩm, tăng suất tiêu hao nguyên vật liệu và nhiên liệu, còn ở mức độ nặng hơn có thể gây gián đoạn sản xuất do phải khởi động lại dây chuyền sản xuất hoặc do sự cố đối với các thiết bị sản xuất. Chính vì lý do này việc đảm bảo chất lượng điện áp cho các phụ tải trong các nhà máy công nghiệp luôn là nhiệm vụ có tính ưu tiên cao, nhất là với các phụ tải quan trọng.

Trước yêu cầu về chất lượng điện năng, trên thế giới nhiều phương án sản xuất và truyền tải điện năng đã được xây dựng nhằm giảm thiểu các sự cố đối với nguồn điện. Lưới điện Việt Nam trong gần ba mươi năm trở lại đây cũng có sự phát triển và dần nâng cao sự ổn định. Tuy vậy việc truyền tải điện năng từ nhà máy tới phụ tải là một khoảng cách lớn, lưới điện ngày càng phát triển phủ rộng khắp cả nước nên không thể tránh khỏi những sự cố làm ảnh hưởng tới chất lượng điện năng. Sự ảnh hưởng của các hiện tượng thời tiết cực đoan như mưa, bão, sét đánh,... các tác động do sự cố của phụ tải này tới phụ tải khác trên cùng lưới điện, cộng với các sự cố thiết bị và quá trình quá độ do vận hành của bản thân hệ thống điện sẽ gây ra sự cố đối với nguồn điện cho các phụ tải công nghiệp như thăng giáng của điện áp trên lưới điện thường được gọi là sự lồi/lõm điện áp, mất điện ngắn hạn (dưới 5 phút) hoặc dài hạn (trên 5 phút), dao động điện áp,... Lồi hoặc lõm điện áp là sự thăng giáng điện áp ngắn hạn, kéo dài từ khoảng nửa chu kỳ điện áp lưới tới dưới 60 giây. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự cố thăng giáng điện áp ngắn hạn có thời gian kéo dài từ khoảng nửa chu kỳ điện áp lưới (0,01 giây) đến cỡ dưới một giây có tần suất xảy ra lớn nhất trong các loại sự cố về nguồn điện. Hiện tượng lồi/lõm điện áp là dạng nhiễu loạn xuất hiện không biết trước và tồn tại trong thời gian ngắn, bao gồm cả biến động về biên độ điện áp cũng như góc pha. Mặc dù lồi/lõm điện áp xảy ra trong một thời gian rất ngắn, một số phụ tải như các hệ thống điều khiển, các loại biến tần điều khiển động cơ,... có thể bị dừng và trong trường hợp các thiết bị này có vai trò quan trọng với hoạt động của dây chuyền sản xuất thì khi nó bị dừng sẽ phải dừng toàn bộ dây chuyền và sự khởi động trở lại sẽ rất tốn kém về cả kinh tế và thời gian. Nếu là hệ thống điều khiển hoặc xử lý số liệu có thể dẫn tới gián đoạn hoặc mất thông tin có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Hiện tượng lồi, lõm điện áp có thể được hạn chế nếu nó được tính tới trong quá trình quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện và điều này thường dẫn tới chi phí lớn cho việc xây dựng hệ thống điện và chỉ có thể thực hiện được ở những nước công nghiệp phát triển khi hệ thống điện đã ổn định và tiềm lực tài chính mạnh. Về mặt kỹ thuật, ngày nay để giải quyết vấn đề chất lượng điện áp trên lưới truyền tải và phân phối người ta phát triển các kỹ thuật dựa trên thành tựu của điện tử công suất và được xếp vào nhóm các thiết bị điều hòa đường truyền tải điện tích

16

cực (Active Power Line Conditioner – APLC) [1]. Thuộc nhóm APLC có thể kể tới thiết bị bù tĩnh (Static Compensator – STATCOM) [1] [2], bộ lọc tích cực (Active Power Filter) với một bộ biến đổi công suất nối song song với tải để lọc sóng hài dòng điện và cải thiện hệ số công suất và thiết bị khôi phục điện áp động (Dynamic Voltage Restorer – DVR) với mạch lực nối nối tiếp với tải để cải thiện chất lượng điện áp ở phía tải khi có sự lồi/lõm điện áp lưới.

Với hệ thống điện còn đang liên tục mở rộng nhưng quy hoạch lại liên tục bị thay đổi và nguồn lực tài chính hạn hẹp như Việt Nam thì trong tương lai gần chưa thể thực hiện được việc giải quyết chất lượng điện áp trên toàn lưới điện mà giải pháp khắc phục vẫn là bảo vệ có chọn lọc các phụ tải nhạy cảm quan trọng trong hệ thống cung cấp điện của các nhà máy công nghiệp.

Trong phạm vi nhà máy công nghiệp, các phụ tải rất quan trọng và nhạy cảm với hiện tượng lồi/lõm điện áp lưới sẽ được cấp điện từ hệ thống cung cấp nguồn liên tục (UPS). UPS đảm bảo có thể chống lại không chỉ sự lồi/lõm điện áp mà còn cả với các sự cố khác như mất điện, dao động điện áp và là lựa chọn hàng đầu cho các phụ tải rất quan trọng. Tuy vậy UPS là một thiết bị rất đắt tiền, chi phí vận hành lớn và việc sử dụng nó cho các phụ tải có công suất lớn sẽ đòi hỏi chi phí rất lớn tới mức không còn hiệu quả về mặt kinh tế. Vì lý do kinh tế, trừ những trường hợp rất quan trọng, bắt buộc phải sử dụng UPS thì trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp, để ngăn ảnh hưởng của hiện tượng lồi/lõm điện áp tới các phụ tải ít quan trọng hơn người ta thường sử dụng thiết bị khôi phục điện áp động (DVR).

Theo đặc điểm hoạt động DVR được phân chia thành hai loại chính là DVR hoạt động gián đoạn (DVR offline) và DVR hoạt động liên tục (DVR online). Với loại DVR offline, DVR sẽ không làm việc (hay là ở trạng thái chờ) khi điện áp lưới còn trong dải cho phép và chỉ được kích hoạt khi điện áp lưới ra ngoài khoảng cho phép. Điều này làm cho DVR offline có hiệu suất cao hơn do nó chỉ hoạt động trong khoảng thời gian rất ngắn của hiện tượng lồi/lõm điện áp và mức tiêu thụ điện năng trong trạng thái chờ là không đáng kể. Chính vì vậy DVR offline được sử dụng phổ biến để nâng cao chất lượng điện áp trên lưới điện truyền tải và phân phối ở cả phía nối từ nguồn phát lên lưới, đặc biệt là nguồn phát năng lượng tái tạo có điện áp không ổn định, và phía từ lưới truyền tải xuống lưới phân phối. Khi nói đến DVR mà không có chú thích gì thêm thì người ta mặc định hiểu là loại DVR offline. Trong hệ thống cung cấp điện của các nhà máy công nghiệp, DVR offline cũng được sử dụng để ngăn ảnh hưởng của lồi/lõm điện áp đối với các phụ tải ít nhạy cảm hơn khi mà sự gián đoạn điện áp trong một khoảng thời gian nhỏ còn chấp nhận được như các phụ tải có phần tử tích lũy năng lượng (ví dụ chỉnh lưu không điều khiển có tụ một chiều) hoặc động cơ không đồng bộ,… Một số loại phụ tải nhạy cảm hơn sẽ đòi hỏi chất lượng điện áp cao hơn như các thiết bị chuyển mạch theo điện áp lưới (ví dụ chỉnh lưu có điều khiển thyristor, các bộ biến đổi tựa theo điện áp lưới,…) [3] hoặc động cơ đồng bộ,… có thể vẫn không hoạt động được với DVR offline. Giải pháp hạn chế ảnh hưởng của lồi/lõm điện áp lưới đối với các phụ tải như vậy là sử dụng DVR online. Về mặt cấu trúc mạch lực thì DVR online không có gì khác biệt so với DVR offline. Sự khác biệt là ở chỗ DVR online 17

hoạt động liên tục để cung cấp cho tải điện áp bằng điện áp đặt và do vậy nó có thời gian đáp ứng nhanh hơn với DVR offline, giảm thiểu sự gián đoạn điện áp cung cấp cho tải. Nhược điểm chính của nó là do hoạt động liên tục nên mức độ tiêu tán điện năng của nó cao hơn DVR offline dẫn tới hiệu suất thấp hơn.

Khác với DVR sử dụng trên lưới truyền tải và phân phối điện năng, DVR sử dụng trong hệ thống cung cấp điện công nghiệp phải hoạt động với tải không đối xứng và yêu cầu chất lượng điện áp không chỉ là giá trị hiệu dụng mà là cả biên độ và dạng sóng. Để đáp ứng yêu cầu này DVR sử dụng trong hệ thống cung cấp điện của các nhà máy công nghiệp ngoài đặc điểm hoạt động theo kiểu DVR online, còn đòi hỏi phải có một cấu trúc điều khiển thích hợp và một trong số đó là DVR sử dụng phương pháp bù điện áp tích cực (Active Voltage Compensate) và thường được gọi là bộ điều áp liên tục hay bộ điều áp tích cực (Active Voltage Conditioner - AVC). Thực tế thì AVC có thể lựa chọn chế độ làm việc theo kiểu DVR offline (offline mode), khi sử dụng cho các phụ tải ít nhạy cảm hơn, hay DVR online (online mode) khi sử dụng cho các phụ tải nhạy cảm hơn. Vì vậy đề tài luận án lựa chọn đối tượng nghiên cứu là AVC để bao trùm được các mức độ ứng dụng khác nhau của DVR trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp.

Việc bảo vệ được các phụ tải quan trọng trước ảnh hưởng của lồi lõm điện áp lưới có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo sản xuất, tiết kiệm chi phí và góp phần nâng cao khả năng cạnh tranh của các nhà máy công nghiệp. Điều này sẽ tạo nên nhu cầu lớn đối với thiết bị khôi phục điện áp động DVR ứng dụng trong hệ thống cung cấp điện công nghiệp và đặt ra tính cấp thiết trong việc nâng cao chất lượng hoạt động cũng như giảm giá thành đối với DVR.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xây dựng cấu trúc mạch động lực nghịch lưu ba pha bốn nhánh, mô hình hóa và xây dựng cấu trúc điều khiển véc-tơ trên hệ tọa độ d-q-0 tựa theo điện áp lưới cho bộ biến đổi phía tải DVR kiểu điều áp tích cực (AVC) ứng dụng trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp hoạt động trong trường hợp nguồn điện và/hoặc tải không đối xứng.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là:

- Xây dựng cấu trúc mạch lực của bộ biến đổi phía tải AVC sử dụng nghịch lưu

3 pha bốn nhánh van;

- Mô hình hóa bộ biến đổi phía tải AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh

van trên hệ tọa độ d-q-0 tựa theo điện áp lưới;

- Xây dựng cấu trúc điều khiển véc-tơ trên hệ tọa độ d-q-0 tựa theo điện áp lưới cho bộ biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu 3 pha bốn nhánh van có thể điều khiển được cả thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không khi điện áp lưới và/hoặc tải không đối xứng nhằm nâng cao chất lượng điều khiển.

18

Phạm vi nghiên cứu của luận án là bộ biến đổi phía tải của AVC với mạch nghịch lưu 3 pha 4 nhánh van sử dụng điều chế véc-tơ không gian ba chiều và các cấu trúc điều khiển véc-tơ trên hệ tọa độ d-q-0 bao gồm: cấu trúc điều khiển nối tầng hai mạch vòng dòng điện và điện áp; cấu trúc điều khiển song song hai mạch vòng dòng điện và điện áp, điều khiển cả thành phần thứ tự thuận thứ tự nghịch và thứ tự không kết hợp với điều khiển tách kênh và điều khiển feetback-feetforward. Điều kiện hoạt động của AVC trong nghiên cứu của luận án là điện áp lưới với lõm điện áp còn 45%, lồi điện áp tới 115% và trong điều kiện tải và/hoặc nguồn không đối xứng.

4. Phương pháp nguyên cứu

Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án là kết hợp của nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm trên mô hình bao gồm cả mô hình mô phỏng và mô hình thí nghiệm. Theo đó, nghiên cứu lý thuyết mạch điện và lý thuyết điều khiển nhằm mục tiêu mô hình hóa AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van để từ đó phát triển cấu trúc điều khiển phù hợp. Kết quả của nghiên cứu lý thuyết sẽ được kiểm chứng và hiệu chỉnh bằng thực nghiệm trên mô hình mô phỏng và cuối cùng là trên mô hình thí nghiệm.

Cách tiếp cận sử dụng xuyên suốt quá trình nghiên cứu là kết hợp cách tiếp cận Phân tích/Tổng hợp cho quá trình mô hình hóa AVC với cách tiếp cận Hệ thống/Cấu trúc cho quá trình xây dựng và phát triển cấu trúc điều khiển.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Luận án đề xuất và xây dựng cấu trúc mạch động lực kiểu cầu nghịch lưu ba pha bốn nhánh van cùng với phương pháp điều khiển véc-tơ sử dụng cấu trúc Feedback – Feedforward ứng dụng cho AVC hoạt động trong điều kiện nguồn và tải không đối xứng.

Kết quả nghiên cứu của luận án có thể làm cơ sở ứng dụng cho việc thiết kế và chế tạo AVC hoạt động trong điều kiện điện áp và/hoặc tải không đối xứng. AVC với cấu trúc cầu nghịch lưu ba pha bốn nhánh van và cấu trúc điều khiển đề xuất hứa hẹn khả năng tiết kiệm được chi phí chế tạo và nâng cao chất lượng hoạt động từ đó ứng dụng một cách hiệu quả để bảo vệ các phụ tải quan trọng trong các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp.

6. Nội dung của luận án

Nội dung của luận án được trình bày thành các chương và phần kết luận như

sau:

Chương 1: Trình bày tổng quan về hiện tượng biến động điện áp ngắn hạn và các giải pháp chống biến động điện áp ngắn hạn. Đề xuất cấu trúc AVC, bộ biến đổi phía lưới, bộ biến đổi phía tải.

Chương 2: Trình bày về xây dựng mô hình toán học và điều khiển bộ biến đổi phía tải AVC. Điều khiển bộ biến đổi AVC phía tải, trong đó nêu về mạch vòng 19

điều khiển dòng điện và thiết kế mạch vòng điều khiển điện áp theo cấu trúc điều khiển nối tầng. Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink và mô phỏng thời gian thực và đánh giá kết quả.

Chương 3: Trình bày xây dựng mô hình thí nghiệm với các kịch bản thử nghiệm, lắp đặt hệ thống thử nghiệm, kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và đánh giá các kết quả thu được.

Chương 4: Trình bày nâng cao chất lượng điều khiển bằng cách đề xuất thiết kế mạch vòng điện áp theo cấu trúc hai vòng điều khiển song song. Thiết kế bộ điều khiển trong điều kiện không đối xứng. Mô phỏng kiểm chứng và đánh giá kết quả thu được.

Phần kết luận: Nhận xét, đánh giá về kết quả đạt được của luận án. Chỉ ra các hạn chế, khó khăn và đề xuất cho các hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cao chất lượng của bộ thiết bị khôi phục điện áp động và ứng dụng thành công trong thực tế.

7. Những đóng góp mới của luận án

Luận án có những đóng góp mới như sau:

- Đề xuất cấu trúc mạch lực của bộ biến đổi phía tải của AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van, mô hình hóa bộ biến đổi phía tải của AVC dùng nghịch lưu ba pha bốn nhánh trên hệ tọa độ quay d-q-0.

- Xây dựng cấu trúc điều khiển véc-tơ trên hệ tọa độ d-q-0 có thể điều khiển được cả thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không khi điện áp lưới và/hoặc tải không đối xứng qua đó nâng cao chất lượng điều khiển cho bộ biến đổi phía tải của AVC. Phương pháp điều khiển feed-forward điện áp lưới cũng đã được áp dụng để nâng cao tốc độ đáp ứng với biến động điện áp lưới.

20

Equation Chapter (Next) Section 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỘNG ĐIỆN ÁP VÀ CHỐNG BIẾN ĐỘNG ĐIỆN ÁP

Sự phát triển của công nghệ làm cho việc sử dụng thiết bị điện tử và điện tử công suất trong sản xuất công nghiệp có xu hướng ngày càng tăng. Điều này dẫn tới yêu cầu về chất lượng điện áp nguồn cấp cũng trở nên khắt khe hơn, đặc biệt đối với các phụ tải quan trọng của quá trình công nghệ, vì sự gián đoạn làm việc của nó thường gây ra những tổn thất rất lớn và đôi khi có tính chất nghiêm trọng. Việc đảm bảo chất lượng điện áp tại điểm đấu nối của phụ tải là vấn đề luôn được quan tâm và là một trong những tiêu chí đàm phán giữa các công ty điện lực với khách hàng. Những yếu tố khách quan ảnh hưởng tới chất lượng điện áp bao gồm sự cố tại các phụ tải lân cận, hiện tượng thời tiết cực đoan, ảnh hưởng của vận hành hệ thống,… là không thể loại trừ hết được. Thực tế này dẫn tới việc phải chấp nhận một xác suất nhất định chất lượng điện áp không đạt yêu cầu trong những khoảng thời gian nhất định và để giảm thiểu thiệt hại các giải pháp khắc phục đã được nghiên cứu và phát triển nhằm bảo vệ cho hoạt động của các phụ tải quan trọng.

1.1 Hiện tượng biến động điện áp ngắn hạn và các giải pháp chống biến động điện áp ngắn hạn được sử dụng trong thực tế

Các phụ tải công nghiệp sử dụng điện cấp từ lưới điện quốc gia có thể sẽ bị ảnh hưởng bởi các sự cố từ phía lưới điện. Có nhiều dạng sự cố đối với nguồn điện lưới như gián đoạn (interruption), thăng giáng điện áp gồm cả lõm điện áp (sag/dip) và lồi điện áp (swell), thấp áp (undervoltages), quá áp (overvoltages), mất cân bằng điện áp (voltage unbalance), méo dạng sóng điện áp (waveform distortion), dao động điện áp (voltage fluctuations) và biến thiên tần số điện (power frequency variations). Các sự cố đối với nguồn điện lưới được phân loại bởi Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC) theo độ dài thời gian bao gồm các sự cố thoáng qua (transients) với độ dài từ nano giây tới 50 mi-li giây, các sự cố ngắn hạn với độ dài từ nửa chu kỳ tới một phút và các sự cố dài hạn với độ dài trên một phút [4] [5] [6] [7]. Các sự cố dài hạn gây ra sự thiếu hụt công suất cấp cho tải và thường được khắc phục bằng cách sử dụng các hệ thống có phần tử tích trữ năng lượng dài hạn như hệ thống cấp điện liên tục (Uninterupted Power Sypply – UPS) hay hệ thống tích trữ năng lượng bằng acquy (Battery Energy Storage System – BESS) [8] [2] [9] [10] [11] [12] [13] [14]. Trong thực tế, sự cố thăng giáng điện áp ngắn hạn có tần suất xảy ra lớn nhất trong các loại sự cố về nguồn điện. Nguyên nhân của sự cố này đến từ sự ảnh hưởng của các hiện tượng thời tiết cực đoan như mưa, bão, sét đánh,... từ các tác động do sự cố của phụ tải này tới phụ tải khác trên cùng lưới điện, cộng với các sự cố thiết bị và quá trình quá độ do vận hành của bản thân hệ thống điện. Có thể nhóm các nguyên nhân vào các nhóm sau:

21

- Lồi lõm điện áp do sự vận hành của lưới điện: Khi thực hiện đóng cắt hệ thống tụ bù trên đường dây truyền tải (đặc biệt trên các đường truyền tải đường dài như đường dây 500kV) thì quá trình quá độ của nó thường dẫn tới biến thiên điện áp ngắn hạn.

- Lồi lõm điện áp do tác động của các phụ tải phi tuyến: Sự hoạt động của các phụ tải phi tuyến mạnh (điển hình là các hệ thống nấu, luyện kim loại bằng điện) gây ra sự biến động công suất tiêu thụ lớn và phát thải các sóng hài dòng điện vào lưới truyền tải cũng sẽ gây ra sự biến động điện áp ngắn hạn trên lưới. Các phụ tải dạng này có thể là phụ tải trong nội tại nhà máy nhưng cũng có thể là từ các phụ tải trên cùng đường truyền tải điện.

- Lồi/lõm điện áp do ảnh hưởng của các hiện tượng thời tiết cực đoan: Lưới điện được kết nối bao phủ diện tích cả quốc gia, đồng thời khoảng cách truyền tải giữa nguồn phát và tải tiêu thụ lớn nên sẽ không tránh khỏi ảnh hưởng mỗi khi có bão, trời mưa, sét đánh,... Các đường dây truyền tải thường được trang bị hệ thống chống, cắt sét để bảo vệ thiết bị. Sét có thể đánh trực tiếp vào đường truyền tải hoặc do hiệu ứng của sét lan truyền các hệ thống chống, cắt sét sẽ hoạt động để dẫn năng lượng do sét đánh xuống đất và hoạt động này sẽ gây sụt áp ngắn hạn.

Hiện tượng lồi/lõm điện áp bao gồm cả biến động về biên độ điện áp cũng như góc pha. Sự cố biến động điện áp ngắn hạn phổ biến thường bao gồm giai đoạn sụt áp trong khoảng thời gian dưới 500 mi-li giây sau đó điện áp sẽ phục hồi nhưng sự phục hồi này bao giờ cũng vượt quá giá trị định mức và điện áp sẽ có sự dao động trước khi ổn định trở lại. Lồi lõm điện áp là dạng nhiễu loạn xuất hiện không biết trước và tồn tại trong thời gian ngắn nhưng một số phụ tải như các hệ thống điều khiển, các loại biến tần điều khiển động cơ,... có thể bị dừng và trong trường hợp các thiết bị này có vai trò quan trọng với hoạt động của dây chuyền sản xuất thì khi nó bị dừng sẽ phải dừng toàn bộ dây chuyền và sự khởi động trở lại sẽ rất tốn kém về cả kinh tế và thời gian.

Khắc phục các sự cố biến động điện áp ngắn hạn này có các nhóm giải pháp

sau:

- Nhóm giải pháp thứ nhất là xây dựng hệ thống điện hạn chế được lồi/lõm điện áp. Giải pháp này cần phải thực hiện đồng bộ từ giai đoạn quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện. Người ta sẽ thực hiện việc lắp đặt trên hệ thống truyền tải các thiết bị lọc sóng hài, bù công suất phản kháng và đặc biệt lưu tâm tới các biện pháp quản lý phụ tải. Theo đó, các nguồn phát và phụ tải có mức phát thải sóng hài lớn sẽ không đủ điều kiện nối vào lưới điện còn các nguyên nhân do bản thân hệ thống truyền tải gây ra sẽ được triệt tiêu bởi các thiết bị lọc sóng hài, bù công suất phản kháng.

- Nhóm giải pháp thứ hai là trang bị thiết bị bảo vệ cho các phụ tải nhạy cảm

quan trọng có chọn lọc.

Trong thực tế của lưới điện Việt Nam, do những tồn tại từ quá khứ và hạn chế về nguồn lực, nhóm giải pháp thứ nhất không thể thực hiện được trong tương lai

22

gần dẫn tới lựa chọn khả thi nhất để hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng lồi/lõm điện áp tới các phụ tải nhạy cảm và quan trọng là thực hiện theo nhóm giải pháp thứ hai, trang bị thiết bị bảo vệ. Có một số giải pháp cụ thể như sau:

a) Giải pháp dùng lọc tích cực (Active Power Filter - APF)

Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của bộ lọc tích cực

Các bộ lọc tích cực có chức năng thực hiện việc lọc các sóng hài dòng điện do các phụ tải phi tuyến gây ra và do vậy có khả năng ngăn chặn sự cố biến động điện áp có nguyên nhân từ sóng hài dòng điện [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22]. Ngoài chức năng lọc cho dòng tiêu thụ thành hình sin, các bộ lọc tích cực còn có khả năng cân bằng các pha trong trường hợp phụ tải lệch pha nên có khả năng làm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống. Khi sử dụng trên lưới truyền tải điện, bộ lọc tích cực thuộc nhóm thiết bị điều hòa đường truyền tải điện tích cực (APLC) để lọc các sóng hài, nâng cao hiệu quả truyền tải [23]. Khi sử dụng trong hệ thống cung cấp điện của nhà máy công nghiệp, bộ lọc tích cực có tác dụng lọc sóng hài dòng điện do các phụ tải sinh ra, ngăn sự phát thải sóng hài lên lưới điện tại nguồn phát thải và hạn chế được biến động điện áp do sóng hài lên các phụ tải nhạy cảm khác. Tuy nhiên, bộ lọc tích cực ở bên trong hệ thống cung cấp điện không thể loại bỏ ảnh hưởng của biến động điện áp từ lưới tác động tới các phụ tải của nhà máy.

b) Giải pháp sử dụng bộ cấp nguồn liên tục (UPS)

Có ba loại thiết bị cấp nguồn liên tục (UPS) là loại online, interactive và loại offline [5] [17]. Trong ứng dụng ngăn ngừa biến động điện áp trong công nghiệp có thể sử dụng UPS loại online hoặc interactive tùy yêu cầu của ứng dụng. UPS loại online có thể ngăn được hoàn toàn biến động điện áp còn UPS interactive có tốc độ đáp ứng từ ¼ chu kỳ tới ½ chu kỳ lưới trong khi UPS offline cần từ 5 tới 10 chu kỳ lưới nên ít có khả năng đáp ứng yêu cầu trừ khi tải có phần tử tích lũy năng lượng đủ lớn. UPS loại online được mô tả như Hình 1.2 [17]. Trong giải pháp sử dụng UPS online, điện cấp cho các phụ tải quan trọng không được cấp trực tiếp từ lưới mà được cấp từ bộ nghịch lưu bán dẫn nên chất lượng điện áp hoàn toàn phụ thuộc vào chất lượng điện áp tạo ra bởi UPS. Điện áp tạo ra của UPS online được cách ly với điện áp lưới bởi mạch một chiều (DC) trung gian có dàn ắc quy nối vào

23

Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của UPS online [17]

nên các ảnh hưởng của sự biến thiên điện áp lưới sẽ tự động được bù bởi hệ thống ắc quy này. Do vậy, điện áp cấp cho phụ tải sẽ hoàn toàn tránh được các ảnh hưởng của biến thiên điện áp lưới, ngay cả khi mất điện lưới hoàn toàn thì UPS vẫn có thể duy trì điện áp cấp cho phụ tải từ vài phút tới hàng chục phút tùy theo dung lượng của ắc quy.

Trong những năm trước đây để chống biến thiên điện áp lưới cho phụ tải quan trọng, đặc biệt là khi có sự mất điện ngắn hạn người ta thường nghĩ tới giải pháp dùng UPS. Tuy nhiên, chi phí vận hành của UPS khá cao do dàn ắc quy đòi hỏi chế độ bảo dưỡng khá ngặt nghèo và tuổi thọ cũng chỉ từ 3 tới 5 năm nếu bảo dưỡng tốt. Đối chiếu với các biến động điện áp ngắn hạn dưới một giây thì UPS không phát huy được thế mạnh của nó nên ngày nay người ta chỉ sử dụng cho các phụ tải đòi hỏi phải duy trì hoạt động khi mất điện mà ít sử dụng UPS cho việc bảo vệ phụ tải trước biến động điện áp ngắn hạn.

c) Giải pháp sử dụng thiết bị khôi phục điện áp động (DVR)

Thiết bị khôi phục điện áp động (DVR) sử dụng trên lưới truyền tải điện cũng thuộc nhóm thiết bị điều hòa đường truyền tải điện tích cực (APLC). DVR cùng với bộ lọc tích cực (APF) và thiết bị bù tĩnh (STATCOM) sử dụng để ổn định và nâng cao chất lượng điện áp lưới. DVR sử dụng bộ biến đổi điện tử công suất nối nối tiếp giữa nguồn và tải để cải thiện chất lượng điện áp trên lưới truyền tải. Một trong những cải tiến của giải pháp chống lại sự lồi/lõm điện áp trên đường truyền tải là tích hợp bù tĩnh (STATCOM) với DVR sử dụng chung mạch một chiều trung gian sẽ cho một cấu trúc DVR mới và được gọi là thiết bị điều hòa chất lượng điện hợp nhất (Unified Power Quality Conditioner – UPQC) [24] [25]. UPQC khắc phục được nhược điểm của bộ chống sụt áp và có thể hoạt động cả trong trường hợp điện áp bị lõm (sụt áp) và bị lồi (quá áp). Các APLC nói chung và DVR sử dụng trên lưới truyền tải và phân phối điện nói riêng có mục đích điều khiển là điều hòa công suất tác dụng và công suất phản kháng [1] [24] [26] [27]. Với mục đích này, trong [1] chức năng DVR còn có thể được thiết kế hoạt động như nguồn dòng.

Khác với DVR sử dụng trong ứng dụng điều hòa lưới truyền tải và phân phối, DVR sử dụng trong hệ thống cung cấp điện của các nhà máy công nghiệp phải

24

đảm bảo chất lượng điện áp cung cấp cho các phụ tải quan trọng cả về biên độ và dạng sóng và nó phải hoạt động liên tục (DVR online). Phụ thuộc vào cấu trúc mạch lực và phương pháp điều khiển, có hai loại DVR online được sử dụng trong hệ thống cung cấp điện trong các nhà máy công nghiệp là DVR sử dụng phương pháp chống sụt áp (gọi là bộ chống sụt áp - Sag Fighter) và DVR sử dụng phương pháp bù điện áp tích cực (gọi là bộ điều áp tích cực - AVC).

DVR sử dụng phương pháp chống sụt áp

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của bộ chống sụt điện áp

Các bộ chống sụt áp (Sag Fighter) cho phép bảo vệ phụ tải trước sự biến động điện áp theo chiều hướng sụt giảm [5] [28] [28] [29] [2] [30] [31]. Hoạt động của các bộ chống sụt áp là tạo ra một điện áp bù nối tiếp với điện áp lưới và do vậy khi điện áp sụt giảm thì hệ thống vẫn được cấp với điện áp gần định mức. Trên Hình 1.3 là nguyên lý hoạt động của bộ chống sụt điện áp. Các bộ chống sụt áp thương phẩm trên thị trường hiện nay cho phép thiết bị bù hoạt động ổn định khi điện áp trên hệ thống sụt còn 30% mức điện áp định mức khi điện áp 2 pha sụt và còn 60% khi điện áp sụt đều cả ba pha.

Do đặc điểm cấu tạo khối chỉnh lưu là diode chỉ dẫn năng lượng theo một chiều, bởi vậy mà bộ bù sụt áp chỉ cho phép bảo vệ phụ tải khi điện áp sụt (thường do ảnh hưởng của một phụ tải lớn đóng vào lưới) mà không thể bảo vệ tải khi điện áp dao động (có cả sụt và tăng khi bị sét lan truyền, do sóng hài dòng điện, do đóng tụ bù truyền tải,….). Hoạt động của bộ chống sụt áp là offline nên sẽ có một khoảng trễ từ khi điện áp sụt tới khi bắt đầu xuất hiện tín hiệu (từ ½ tới một chu kì điện áp lưới, 10ms tới 20ms), tương tự như trường hợp sử dụng UPS interactive. Khoảng trễ này tuy không lớn nhưng cũng sẽ vẫn gây ra lỗi cho các thiết bị điện tử công suất chuyển mạch theo lưới.

DVR sử dụng phương pháp bù điện áp tích cực

DVR sử dụng phương pháp bù điện áp tích cực được gọi là bộ điều áp tích cực (Active Voltage Condioner - AVC) và là một cải tiến của bộ chống sụt áp cả về mạch lực và kỹ thuật điều khiển. Khác với bộ chống sụt áp, AVC sử dụng bộ biến đổi phía lưới là chỉnh lưu tích cực có điều khiển với bộ biến đổi sử dụng IGBT cho phép truyền năng lượng theo cả hai chiều cho phép bảo vệ phụ tải đối với sự cố biến thiên điện áp lưới theo cả chiều tăng và giảm. Bộ điều áp tích cực AVC được

25

sử dụng ở phía phụ tải với mục đích đảm bảo chất lượng điện áp cung cấp cho phụ tải cả về biên độ và dạng sóng.

Việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển mới cũng cho phép các bộ AVC có chất lượng hoạt động tốt hơn các bộ chống sụt áp. Cụ thể là cho phép bù khi điện áp lưới còn dưới 10% mức điện áp định mức khi điện áp 2 pha sụt còn 40% khi điện áp sụt đều cả ba pha. Hoạt động online của AVC cũng cho phép nó có khả năng đáp ứng đủ nhanh và giữ cho điện áp trên tải gần như không có biến động qua đó đáp ứng các phụ tải có yêu cầu khắt khe về chất lượng điện áp lưới. Tuy nhiên, điều này còn phụ thuộc vào phương pháp điều khiển được sử dụng cho AVC.

1.2 Nguyên tắc hoạt động và các chế độ làm việc của AVC

1.2.1 Nguyên tắc hoạt động

Hình 1.4 Sơ đồ mô tả nguyên tắc hoạt động của AVC

Tương tự như DVR tổng quát, AVC được thiết kế để tự động chèn vào một điện áp Uinj vào lưới như thể hiện ở Hình 1.4. Sự khác biệt trong hoạt động của AVC là có thể đảm bảo điện áp trên tải luôn ở định mức. Ở đây, bộ AVC có thể coi như một nguồn áp với độ lớn, góc pha và tần số có thể được điều chỉnh vô cấp, trong đó Ug là điện áp lưới, Uinj là điện áp chèn vào từ bộ AVC và UL là điện áp tải.

Đồ thị véc-tơ thể hiện nguyên lý chèn điện áp vào lưới điện của AVC để khôi phục điện áp tải. Trên đó, il là dòng điện tải,  là góc lệch pha giữa điện áp tải và dòng điện tải. Giả sử, một lõm điện áp xảy ra với độ lớn và một góc nhảy pha được xác định, nó biểu thị bằng véc-tơ UG. Khi đó, mục đích là để duy trì độ lớn của điện áp tải và ngăn chặn nhảy pha, AVC sẽ tính toán tạo ra một véc-tơ điện áp Uinj với độ lớn, góc pha được xác định và chèn lưới. Khi đó véc-tơ điện áp trên tải UL (hay điện áp đầu ra AVC, Uout) sẽ là:

Hình 1.5 Đồ thị véc-tơ thể hiện nguyên lý bù lồi/lõm của AVC

(1.1)

26

1.2.2 Các chế độ làm việc của AVC

Hình 1.6 Hoạt động của AVC khi điện áp lưới bình thường

Hình 1.7 Hoạt động của AVC khi điện áp lưới thấp hơn điện áp định mức

Đối với nguồn hoạt động bình thường (Hình 1.6) bộ bù không tạo ra điện áp bù, đối với nguồn bị sụt áp (Hình 1.7) bộ bù sẽ tạo ra điện áp còn thiếu so với định mức để bù trực tiếp vào lưới, đối với trường hợp nguồn bị tăng điện áp so với định mức (Hình 1.8) bộ bù sẽ tạo ra điện áp ngược để làm giảm điện áp trên lưới tại thời điểm đó.

27

Hình 1.8 Hoạt động của AVC khi điện áp lưới cao hơn điện áp định mức

Hình 1.9 Hoạt động của AVC ở chế độ nối tắt (Bypass) khi có sự cố

Ngoài ra AVC còn có chế độ nối tắt (Bypass) khi AVC có sự cố hoặc cần bảo dưỡng, sửa chữa. Khi đó, mạch bybass được đưa vào hoạt động để đảm bảo việc cấp nguồn trực tiếp cho phụ tải như trên Hình 1.9.

28

1.3 Cấu tạo của AVC và các nghiên cứu liên quan tới AVC

1.3.1 Cấu trúc của AVC

Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc các thành phần chính của AVC

Bộ điều áp tích cực được thể hiện trên Hình 1.10 gồm hai thành phần chính là bộ biến đổi phía lưới (còn gội là bộ Shunt converter) và bộ biến đổi phía tải (còn gọi là bộ Series converter). Ngoài ra, còn có bộ lọc, máy biến áp nối tiếp, tụ DC- Link và thiết bị Bypass.

Bộ biến đổi phía lưới: là bộ chỉnh lưu tích cực, có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều từ lưới điện để tạo ra điện một chiều phục vụ cho bộ biến đổi phía tải.

Bộ biến đổi phía tải: có nhiệm vụ tạo ra điện áp thích hợp để chèn vào lưới

điện thông qua máy biến áp nối tiếp.

Máy biến áp nối tiếp: tạo khả năng cách ly về điện giữa hệ thống AVC và lưới, đồng thời nâng điện áp chèn vào khi cần thiết. Đơn giản hóa cấu trúc liên kết và bảo vệ thiết bị.

Bộ lọc đầu ra bộ biến đổi phía tải: lọc các thành phần sóng hài điện áp do điều chế độ rộng xung phát ra bởi BBĐ phía tải, cải thiện dạng sóng điện áp chèn vào của AVC.

Tụ DC-Link: có khả năng lưu trữ năng lượng và ổn định điện áp đầu ra từ bộ

chỉnh lưu tích cực.

1.3.2 Bộ biến đổi phía lưới của AVC

a) Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi phía lưới của AVC

Để bù lồi, lõm điện áp trong hệ thống điện, bộ AVC cần tạo ra điện áp chèn và công suất tác dụng để cung cấp cho tải. Năng lượng cần thiết cho mục đích đó cần được lấy từ lưới điện cung cấp thông qua bộ biến đổi phía lưới và tích lũy trong mạch một chiều trung gian (DC link).

Do phải có khả năng bù lồi và bù lõm nên bộ biến đổi phía lưới phải có khả năng trao đổi năng lượng theo hai chiều. Trong quá trình bù lõm, năng lượng từ

29

lưới được cấp cho tải qua bộ biến đổi phía lưới, ngược lại khi bù lồi, năng lượng từ tải dư thừa được nạp vào tụ điện DC-link rồi quay trở lại về lưới.

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực bộ chỉnh lưu tích cực sử dụng cho AVC

Phương án được lựa chọn phổ biến sử dụng chỉnh lưu tích cực sử dụng các van bán dẫn IGBT hoặc SiC MOSFET [32] [33] [34] [35] [36] [37]. Sơ đồ của bộ biến đổi này khi kết hợp với bộ lọc đầu vào được mô tả chi tiết trong Hình 1.11 [38].

Bộ biến đổi phía lưới sử dụng cấu trúc chỉnh lưu tích cực có một số ưu điểm

sau:

- Điện áp một chiều điều chỉnh được trong một dải rộng kể cả khi nguồn điện phía lưới thay đổi. Điều này rất ý nghĩa đối với AVC để đảm bảo đủ điện áp nghịch lưu bù cho tải khi xuất hiện lõm/lồi điện áp lưới. Hệ số công suất có thể điều chỉnh được (có thể gần bằng 1).

- Dòng điện phía lưới có dạng hình Sin với hệ số méo dạng sóng hài thấp

(THD < 5%) thỏa mãn tiêu chuẩn IEEE519.

- Năng lượng được trao đổi theo hai chiều qua bộ biến đổi. - Sử dụng sơ đồ mạch lực này cho phép sử dụng nguồn năng lượng từ lưới điện cung cấp bù lõm/lồi điện áp cho tải vốn được coi có lợi về công suất hơn khi so sánh với cấu hình sử dụng nguồn năng lượng phía tải.

Với những ưu điểm như vậy, các AVC ngày nay có xu hướng sử dụng bộ chỉnh lưu tích cực làm bộ biến đổi phía lưới ngày càng nhiều và luận án cũng lựa chọn đối tượng nghiên cứu là bộ AVC có bộ biến đối phía lưới là chỉnh lưu tích cực.

b) Bộ lọc LCL trong bộ biến đổi phía lưới của AVC

Sử dụng mạch lọc LCL cho phép tăng khả năng lọc thành phần sóng hài dòng điện đi vào lưới và đi vào bộ biến đổi [22] [39] [40] [41]. Một vài điều cần phải quan tâm khi thiết kế mạch lọc LCL là độ đập mạch dòng điện, kích thước mạch lọc, tần số cộng hưởng. Điện cảm được tính bằng công thức:

(1.2)

30

Với ∆IL-max là độ nhấp nhô của dòng điện (thường lấy bằng 10% dòng điện

định mức), Udc là điện áp mạch một chiều, fsw là tần số PWM.

c) Điều khiển bộ biến đổi phía lưới của AVC

Đối với bộ biến đổi phía lưới cần phải đảm bảo điện áp một chiều luôn ổn định,

dòng điện phía lưới có độ méo sóng hài THD thấp, nhỏ hơn 5%.

Bộ biến đổi phía lưới ngoài sử dụng trong các bộ điều áp tích cực AVC ra còn được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác như trong các bộ biến đổi sử dụng trong công nghiệp, trong các hệ truyền động,… nên nó được nghiên cứu nhiều và cũng có nhiều phương pháp điều khiển trong đó có thể chia làm hai nhóm là điều khiển thông qua điều khiển dòng điện và điều khiển trực tiếp công suất [15]:

- Nhóm điều khiển thông qua dòng điện:

Hình 1.12 Cấu trúc điều khiển bộ biến đổi phía lưới sử dụng chỉnh lưu tích cực

Bộ điều khiển chỉnh lưu tích cực gồm hai mạch vòng dòng điện và mạch vòng điện áp. Bộ điều khiển điện áp một chiều để ổn định điện áp trên tụ, đồng thời là cơ sở để tính toán các giá trị lượng đặt cho các bộ điều khiển dòng điện. Mạch vòng dòng điện điều khiển cả thành phần thứ tự thuận và thứ tự ngược, giá trị thành phần dòng điện này được tính toán dựa trên góc pha điện áp lưới theo thuật toán vòng khóa pha và kết hợp với mạng tách đồng bộ kép (DDSRF-PLL). Phương pháp điều chế độ rộng xung ở đây sử dụng là phương pháp điều chế vector không gian (SVM) [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48]. Cấu trúc điều khiển của BBĐ phía lưới được thể hiện Hình 1.12.

- Nhóm điều khiển trực tiếp công suất

Phương pháp điều khiển này được phát triển từ phương pháp điều khiển trực tiếp mô-men trong các hệ truyền động. Công suất tác dụng và công suất phản kháng

31

được điều khiển trực tiếp thông qua việc lựa chọn các véc-tơ điện áp [42] [49] [50] [51] [52] [42] [51] [53] [54] [55].

Nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề điều khiển bộ biến đổi phía lưới đã được công bố và đã có ứng dụng và sản phẩm thực tế như các công trình [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [35] [54] [52] [63] [64] [65] [66] [67] [68]và do vậy đề tài luận án không đặt trọng tâm nghiên cứu về bộ biến đổi phía lưới mà đặt trọng tâm nghiên cứu ở bộ biến đổi phía tải.

d) Vòng khóa pha (PLL)

Hệ thống điều áp liên tục làm việc trực tiếp với lưới điện ba pha. Do đó, để kết nối trực tiếp với lưới điện, hay còn gọi là đồng bộ lưới, thì việc xác định thông tin về góc pha là vô cùng quan trọng. Để thực hiện việc này, hiện nay có nhiều kỹ thuật được đưa ra, trong đó vòng khóa pha được sử dụng rộng rãi, và cho hiệu quả cao. Đầu ra của vòng khóa pha được sử dụng cho điều khiển cả bộ biến đổi phía lưới (Hình 1.12) và bộ biến đổi phía tải. Chi tiết về cách thiết kế vòng khóa pha được trình bày trong Phụ lục 1.

1.3.3 Bộ biến đổi phía tải của AVC

a) Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi phía tải của AVC

Bộ biến đổi phía tải thông thường được sử dụng là bộ nghịch lưu nguồn áp được nối vào lưới thông qua biến áp. Bộ biến đổi phía tải của AVC bao gồm các thành phần chính sau:

- Máy biến áp nối tiếp. - Bộ nghịch lưu. - Bộ lọc đầu ra nghịch lưu.

 Máy biến áp nối tiếp

Có nhiều sơ đồ nghịch lưu khác nhau sử dụng cho bộ biến đổi phía tải của AVC nhưng việc kết nối vào lưới bao giờ cũng được thực hiện thông qua máy biến áp nối tiếp. Việc kết hợp này có thể đem lại các ưu điểm như sau:

- Biến áp tạo ra các điện áp chèn cách ly với lưới điện và dễ dàng nối tiếp với nguồn lưới. Đặc điểm này cho phép thiết kế bộ biến đổi phía tải một cách độc lập, không bị ảnh hưởng bởi điện thế hiện thời của dây pha nguồn lưới.

- Tỷ lệ biến áp có thể được chọn qua đó, bộ biến đổi cho phép sử dụng điện

áp DC được tạo thành tự nhiên từ điện áp lưới mà không cần biến đổi gì.

- Điều khiển đơn giản hơn so với các hệ thống bộ biến đổi kết nối trực tiếp.

Tuy nhiên, khi sử dụng máy biến áp nối tiếp cũng đem lại một số bất lợi sau:

- Máy biến áp nối tiếp sẽ làm tăng trở kháng từ nguồn tới tải tạo ra sụt áp tự

nhiên khi tải thay đổi làm tăng gánh nặng điều khiển cho AVC.

32

- Trong các máy biến áp luôn tồn tại tổn thất và do vậy làm giảm hiệu suất của hệ thống kể cả trong trường hợp hệ thống bình thường, điện áp không bị lồi/lõm. Do vậy ngoài vấn đề chi phí đầu tư, yếu tố tổn hao này dẫn tới AVC chỉ được sử dụng với các phụ tải thực sự cần thiết.

- Các máy biến áp nối tiếp tần số thấp thường cồng kềnh và có giá thành cao.

Đối với tải đối xứng và AVC chỉ thực hiện bù với những biến động điện áp đối xứng thì điện áp bù được chèn vào điện áp lưới là điện áp đối xứng, có nghĩa là điện áp đặt vào sơ cấp của máy biến áp chỉ bao gồm thành phần thứ tự thuận. Lúc này, ta có thể lựa chọn máy biến áp dạng ba pha ba trụ cho máy biến áp nối tiếp này. Với tải không đối xứng hoặc AVC phải thực hiện bù với những biến động điện áp không đối xứng (lồi hoặc lõm điện áp một pha,…) thì điện áp đặt vào cuộn sơ cấp của máy biến áp ngoài thành phần thứ tự thuận sẽ bao gồm cả thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không. Khi đó, chúng ta sẽ phải lựa chọn máy biến áp ba pha năm trụ hoặc ba máy biến áp một pha. Trong luận án, để khảo sát cả trường hợp lồi/lõm đối xứng và không đối xứng phương án sử dụng ba máy biến áp một pha được lựa chọn.

 Bộ nghịch lưu phía tải của AVC

Việc lựa chọn cấu trúc cho bộ biến đổi phía tải thường có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm bảo khả năng hoạt động của bộ AVC, để đảm bảo khả năng kết hợp được với biến áp, các bộ biến đổi phía tải thường được xây dựng dựa trên cấu trúc nửa cầu (HB-Half Bridge) hoặc cấu trúc cầu hoàn chỉnh (FB-Full Bridge) tùy thuộc vào cách đấu của máy biến áp [30].

Việc lựa chọn này thường được đánh giá thông qua các yếu tố sau:

- Ảnh hưởng của tần số chuyển mạch đến kích thước của bộ lọc: Với tần số

chuyển mạch phù hợp thì kích thước của bộ lọc sẽ được giảm.

- Số lượng van bán dẫn phải hoạt động đồng thời trong một trạng thái: Điều

này, sẽ ảnh hưởng đến tổn hao công suất và tổn thất điện áp trên van bán dẫn.

- Số lượng phần tử chủ động và thụ động trong bộ biến đổi: Số lượng càng ít

thì độ tin cậy càng cao, giá thành thấp và ngược lại.

- Khả năng tạo ra dòng điện thứ tự không và chèn điện áp thứ tự không.

Cấu trúc nghịch lưu sử dụng ba cầu H một pha

Hình 1.13 là cấu trúc nghịch lưu ba pha dùng ba cầu một pha nối lưới thông qua máy biến áp. Cấu trúc gồm ba hệ thống một pha có chung phía DC-link, có 12 van bán dẫn chuyển mạch hoạt động, tạo ra ba mức điện áp chèn -UDC/2, 0, +UDC/2 và luôn luôn có hai van bán dẫn trên mỗi pha dẫn dòng điện. Với một sơ đồ chuyển mạch uni-polar bộ biến đổi có thể phát ra ba mức điện áp và cho kết quả tần số chuyển mạch gấp đôi tần số chuyển mạch thực tế. Điều này, tạo ra ít biến dạng điện áp, dẫn đến kích cỡ của bộ lọc có thể được giảm xuống.

33

Hình 1.13 Cấu trúc bộ biến đổi phía lưới sử dụng ba cầu H

Một trong những nhược điểm của phương pháp sử dụng ba cầu H một pha là số lượng van bán dẫn sử dụng lớn (mất 12 van cho 3 pha) dẫn tới chi phí lớn [69] [70].

Cấu trúc nghịch lưu sử dụng cầu ba pha với sơ cấp biến áp đấu tam giác

(Ghi chú: BANT: Biến áp nối tiếp; VSC: Bộ biến đổi nguồn áp)

Hình 1.14 Cấu trúc bộ biến đổi phía tải kết nối máy biến áp kiểu tam giác/sao hở

Hình 1.14 giới thiệu cấu trúc bộ biến đổi cầu 3 pha kết nối máy biến áp có sơ cấp nối tam giác. Bộ biến đổi có 6 van chuyển mạch và có thể tạo ra ba mức điện áp chèn. Cấu trúc này cho phép chèn được cả thành phần thứ tự thuận và thành phần thứ tự nghịch vào hệ thống. Thành phần dòng điện thứ tự không sẽ chạy quẩn trong phía nối tam giác của biến áp nối tiếp. Phía DC-link chỉ một tụ điện có điện áp dễ dàng khống chế vì không phải điều khiển để đảm bảo cân bằng điện áp. Với khả năng tạo ra được thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch cấu trúc này cho phép ổn định được biến động điện áp cả khi tăng và giảm, tuy nhiên với trường hợp mất cân bằng và ảnh hưởng của dòng thứ tự không là đáng kể thì tổn hao trong các cuộn dây nối tam giác của biến áp nối tiếp là đáng kể.

34

Cấu trúc nghịch lưu ba pha với máy biến áp đấu sao

Hình 1.15 là cấu trúc bộ biến đổi cầu 3 pha kết nối máy biến áp đấu sao, trong

(Ghi chú: BANT: Biến áp nối tiếp; VSC: Bộ biến đổi nguồn áp)

Hình 1.15 Cấu trúc bộ biến đổi phía tải kết nối máy biến áp kiểu sao/sao hở

đó sử dụng sáu van chuyển mạch để tạo ra ba điện áp chèn.

Tại một thời điểm luôn có ba van hoạt động trong đường dẫn dòng điện. Cấu trúc này chỉ có thể tạo ra hai mức điện áp và điểm giữa của mạch một chiều trung gian được nối với điểm sao chung của máy biến áp nối tiếp để có thể chèn điện áp thứ tự không vào trong hệ thống. Điểm trung gian này được tạo thành bởi hai tụ điện. Đối với tải không đối xứng thì dòng điện trung tính sẽ lớn, dẫn tới tụ điện phải rất lớn để có thể đảm bảo điện áp mạch một chiều trung gian ổn định. Vì vậy, cấu trúc này thường dùng cho hệ công suất nhỏ.

Hình 1.16 Bộ biến đổi phía tải của AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van

Đối với hệ thống có công suất lớn, để khắc phục nhược điểm này luận án đề xuất cấu trúc cầu ba pha bốn nhánh van cho bộ biến đổi phía tải của AVC như trên Hình 1.16

35

 Bộ lọc đầu ra bộ biến đổi phía tải

Bộ biến đổi phía tải sử dụng điều biến độ rộng xung nên để cải thiện dạng điện áp chèn tạo ra bởi bộ AVC người ta sử dụng bộ lọc thụ động. Thông thường nhất sử dụng bộ lọc là mạch LC, hoặc LCL.

Điện cảm L có thể sử dụng điện cảm rời hoặc tích hợp trong cuộn dây máy biến áp bằng cách chế tạo máy biến áp có điện kháng tản lớn. Với điện cảm rời thì tụ điện C có thể được đặt bên mạch sơ cấp hoặc thứ cấp của máy biến áp. Trường hợp điện cảm tích hợp trong cuộn dây máy biến áp thì tụ điện được đặt bên mạch thứ cấp máy biến áp.

Phương án tích hợp điện cảm vào máy biến áp có ưu điểm là giảm được không gian lắp đặt, tiết kiệm được chi phí chế tạo cuộn cảm. Tuy nhiên, do các cuộn dây máy biến áp phải chịu tác động trực tiếp của các xung điện áp nên phương án này đòi hỏi phải có cấp cách điện cao (từ cấp F trở lên) đồng thời có tổn hao lớn trên lõi thép của biến áp. Muốn giảm tổn hao thì phải sử dụng máy biến áp có tổn hao sắt từ thấp bằng cách dùng thép kỹ thuật điện mỏng hơn hoặc sử dụng lõi thép vô định hình dẫn tới giá thành của biến áp cao. Vậy nên phương án này chỉ phù hợp với công suất nhỏ, ít đòi hỏi về giảm tổn hao và khi có yêu cầu khắt khe về không gian lắp đặt. Với công suất lớn, đòi hỏi hiệu suất cao và không bị hạn chế về không gian lắp đặt thì phương án được lựa chọn là phương án sử dụng cuộn cảm rời. Khi đó chỉ cần sử dụng cuộn cảm có tổn hao thấp còn máy biến áp có thể thiết kế như máy biến áp thông thường.

Trong luận án phương án lựa chọn là sử dụng điện cảm rời và tụ điện bên mạch

sơ cấp của máy biến áp.

b) Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi phía tải

Yêu cầu điều khiển đối với AVC là đảm bảo nhanh chóng tạo ra điện áp chèn vào trong các trường hợp lồi/lõm điện áp lưới hoặc sự biến động của dòng điện tải. Cả hiện tượng lồi/lõm điện áp và biến thiên dòng điện tải đều có tính bất định nên sẽ đòi hỏi hệ điều khiển có đáp ứng càng nhanh càng tốt. Các cấu trúc điều khiển được phát triển đều xoay quanh mục tiêu này [71].

 Điều khiển trong hệ tọa độ a-b-c

Trong hệ tọa độ a-b-c các đại lượng điện áp và dòng điện đều có dạng xoay chiều, để nâng cao đáp ứng động học và triệt tiêu sai lệch tĩnh, cấu trúc điều khiển bộ biến đổi phía tải sử dụng là bộ điều khiển cộng hưởng (R) cho cả hai mạch vòng dòng điện và mạch vòng điện áp.

Cấu trúc điều khiển trên hệ tọa độ a-b-c cho bộ biến đổi phía tải gồm hai mạch vòng điều khiển. Mạch vòng ngoài là mạch vòng điện áp, bộ điều khiển điện áp với đầu vào là sai lệch giữa lượng đặt điện áp VAVC ref và điện áp phản hồi được đo *. Tín hiệu về lượng đặt VAVC_ref trên tụ lọc uc, đầu ra là lượng đặt về dòng điện is được tính toán nhờ các thuật toán tính toán lượng đặt và vòng khóa pha một pha. Mạch vòng trong là mạch vòng dòng điện, bộ điều khiển dòng điện với đầu vào là

36

* và dòng điện phản hồi được đo trên cuộn sai lệch giữa lượng đặt về dòng điện is sơ cấp của máy biến áp, đầu ra là lượng đặt về điện áp cho khâu SinPWM với phương pháp điều chế đơn cực, điều khiển trực tiếp mạch nghịch lưu cầu H, tạo điện áp bù, khôi phục điện áp trên tải trước những sự cố về lõm/lồi điện áp thông qua máy biến áp nối tiếp. Ngoài ra, để đồng bộ điện áp lưới, bộ PLL một pha cần thiết được sử dụng bằng cách đo điện áp từng pha của điện áp lưới.

Hình 1.17 Cấu trúc điều khiển trên hệ tọa độ a-b-c cho bộ biến đổi phía tải

Việc xây dựng cấu trúc điều khiển cho bộ biến đổi phía tải bao gồm những

nhiệm vụ chính sau:

- Xây dựng phương pháp điều chế đơn cực cho mạch nghịch lưu cầu H. - Tổng hợp tham số cho các bộ điều khiển điện áp, dòng điện. - Xây dựng, tổng hợp tham số cho vòng khóa pha một pha.

Phương pháp điều khiển này có ưu điểm là điều khiển từng pha riêng rẽ nên đảm bảo được hoạt động của AVC trong trường hợp lồi lõm điện áp không đối xứng một cách dễ dàng.

Nhược điểm của bộ điều khiển cộng hưởng là có tham số phụ thuộc vào tần số. Tuy nhiên trong điều kiện lưới điện thực tế thì tần số luôn luôn biến thiên trong khoảng sai lệch quy định và khi có sự cố thì còn có thể vượt ra ngoài khoảng này. Do vậy, khó đảm bảo chất lượng điều khiển. Để cải thiện, ta có thể sử dụng bộ điều khiển khuếch đại-cộng hưởng (PR) nhưng vẫn không loại bỏ hết được ảnh hưởng này.

 Điều khiển trong hệ tọa độ d-q-0

Sử dụng phép biến đổi Park để biến đổi các đại lượng điện áp và dòng điện từ hệ tọa độ a-b-c sang hệ tọa độ α-β-γ rồi hệ tọa độ d-q-0. Trong hệ tọa độ d-q-0

37

Hình 1.18 Sơ đồ điều khiển trên hệ tọa độ d-q-0 bộ biến đổi phía tải của AVC

quay đồng bộ với điện áp lưới, ở trạng thái xác lập, các đại lượng dòng điện và điện áp là các đại lượng một chiều và do vậy việc thiết kế điều khiển trở nên đơn giản hơn nhiều so với trường hợp hệ tọa độ a-b-c [72] [73] [74].

Sơ đồ điều khiển trong hệ tọa độ d-q-0 với hai vòng điều khiển dòng điện và điện áp nối tầng như trên Hình 1.18. Trong sơ đồ này các đại lượng đo lường bao gồm dòng điện và điện áp trên hệ tọa độ a-b-c sẽ được biến đổi thành các đại lượng trên hệ tọa độ d-q-0 đồng bộ với điện áp lưới. Đầu ra điều khiển sẽ được biến đổi ngược lại và đưa vào khối điều chế điện áp để điều khiển đóng/cắt các Transitor của bộ nghịch lưu .

Cấu trúc điều khiển trên hệ tọa độ d-q-0 cho phép điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng một cách chủ động, đảm bảo biến áp nối tiếp được từ hóa hoàn toàn từ phía sơ cấp và hạn chế tối đa ảnh hưởng trở kháng tới sự mất đối xứng về góc pha điện áp khi tải không đối xứng. Vì vậy luận án đề xuất sử dụng cấu trúc điều khiển véc-tơ trên hệ tọa độ d-q-0 để nâng cao chất lượng điều khiển và phù hợp với ứng dụng trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp của AVC.

1.3.4 Các nghiên cứu về AVC

Với những ưu điểm nổi bật như vậy, DVR nói chung và AVC nói riêng hiện nay đang được nhiều nhà khoa học và doanh nghiệp quan tâm nghiên cứu phát triển, các công trình khoa học tiêu biểu cho việc nghiên cứu phát triển và hoàn thiện DVR và AVC có thể được tổng kết như sau:

38

- Công trình nghiên cứu của nhóm Hirofumi Akagi, Takushi Jimichi, Hideaki Fujita [75] [76] [77], đã đề cập đến cấu trúc các thành phần bộ điều áp tích cực, bao gồm các bộ biến đổi nối tiếp, song song kết nối kiểu back-to-back. Nhóm nghiên cứu cũng đề cập đến hai cấu trúc của bộ điều áp tích cực có bộ biến đổi kết nối phía nguồn và bộ điều áp tích cực có bộ biến đổi kết nối phía tải. Ngoài ra, công trình cũng đưa ra một phương pháp điều khiển để loại bỏ thành phần từ thông một chiều trong máy biến áp nối tiếp của bộ điều áp tích cực.

- Công trình nghiên cứu của tác giả John Godsk Nielsen [78] đã tập trung thực hiện các thiết kế đối với các thành phần của Bộ điều áp tích cực, thiết kế bộ điều khiển vector cho thành phần thứ tự thuận phù hợp với các lõm điện áp cân bằng. Các tác giả Krischonme Bhumkittipich and Nadarajah Mithulananthan [79] đã đề cập đến bộ điều khiển cho Bộ điều áp tích cực với phương pháp điều khiển vector trên hệ tọa độ dq với khâu PI, tuy nhiên ở bài viết này đang dừng lại ở việc chỉ điều khiển mỗi thành phần thứ tự thuận và chủ yếu chỉ phù hợp với lõm cân bằng điện áp.

- Với nhóm nghiên cứu của Reshmi V, Mabel Ebenezer, Jayasree M.S [80] cũng đã đưa ra một giải pháp trong điều khiển để mở rộng khả năng của bộ điều áp tích cực ngoài việc bù lõm điện áp còn có thể bù hài với cấu trúc điều khiển được vận dụng bởi bộ điều khiển PI, PR và bộ điều khiển lặp. Tuy vậy, với lõm không cân bằng ở đây nhóm tác giả cũng đang dừng lại với việc điều khiển mỗi thành phần thứ tự thuận. Ngoài ra, việc bổ sung chức năng bù hài của bộ điều áp tích cực, điều quan trọng cần thiết phải cân nhắc kỹ lưỡng không sẽ dẫn đến đặc tính động học trong khi bù của hệ thống bị chậm trễ, đồng thời cần thiết phải xác định vị trí của bộ điều áp tích cực trên lưới điện để đưa ra quyết định có nên tăng thêm chức năng bù hài cho bộ điều áp tích cực hay không trong khi các bộ lọc hài tích cực thực hiện tốt vấn đề này. Công trình [81], [82] và [83] phát triển cấu trúc điều khiển cho DVR sử dụng nghịch lưu ba pha ba nhánh van biến áp đấu sao nối điểm giữa mạch một chiều trung gian và biến tần ma trận trong đó sử dụng phương pháp điều khiển trên hệ tọa độ d-q-0 và cũng sử dụng phương pháp tổng hợp lượng đặt để bù hài chủ động nên cũng có nhược điểm tương tự.

- Công trình nghiên cứu của nhóm tác giả Alali, Saadate, Chapuis và Braun [84] so sánh hai bộ điều khiển PI và RST cho bộ điều áp tích cực nối tiếp (bộ biến đổi phía tải). Các tính toán điều khiển sử dụng biến đổi Park và điều khiển các thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không. Đầu ra của các bộ điều khiển được biến đổi ngược thành giá trị điện áp đặt cho từng pha riêng rẽ. Các công trình nghiên cứu của Babaei sử dụng cấu trúc ba bộ biến đổi một pha trực tiếp [85] [86]. Cũng sử dụng ba cầu một pha nhưng có cách tiếp cận về điều khiển ba pha riêng rẽ là các công trình [87], [88], [89] và [90]. Trong đó [87] phát triển điều khiển trượt, [88] sử dụng cách tiếp cận điều khiển vòng hở, [89] sử dụng bộ điều khiển hai vị trí có trễ và [90] tập trung phát triển bộ PLL một pha. Công trình [91], [92] và [93] phát triển chiến lược điều khiển bộ biến đổi phía tải của DVR cho ứng dụng cải thiện sự ổn định của vườn phát điện sức gió. Việc ứng dụng nghịch lưu đa mức cho DVR cũng được nghiên cứu bởi [94] với việc nối tầng các

39

cầu H với mục tiêu giảm thiểu sóng hài do DVR phát ra và giảm thiểu được kích thước bộ lọc LC đầu ra.

- Một số công trình nghiên cứu trong nước phải kể tới nghiên cứu của Trần Duy Trinh [95] và nghiên cứu của đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống khắc phục nhanh sự cố tăng/giảm điện áp ngắn hạn cho phụ tải” mã số KC.05.03/16-20 giai đoạn 2016-2020 [96]. Nghiên cứu của Trần Duy Trinh đề cập tới cấu trúc của DVR có bộ biến đổi phía tải sử dụng cầu ba pha ba nhánh. Về điều khiển sử dụng phương pháp điều khiển véc-tơ trong hệ tọa độ quay dq với sự phân tách thành phần thứ tự thuận và thành phần thứ tự ngược nhưng không đề cập tới thành phần thứ tự không. Đề tài KC.05.03/16-20 đã tập trung phát triển bộ AVC với cấu trúc mạch lực sử dụng ba cầu một pha chữ H sử dụng các bộ điều khiển cộng hưởng cho cấu trúc điều khiển nối tầng.

Để có thể khắc phục tốt các sự cố biến động điện áp ngắn hạn, cấu trúc điều khiển phải đảm bảo việc điều khiển cả thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không là cần thiết, đây cũng chính là hướng nghiên cứu mới của đề tài nhằm hoàn thiện và nâng cao chất lượng hoạt động của AVC.

Kết luận chương 1

Bộ điều áp tích cực (AVC) là thiết bị khôi phục điện áp động (DVR) sử dụng phương pháp bù điện áp tích cực ứng dụng trong hệ thống cung cấp điện trong các nhà máy công nghiệp. AVC cho phép điều khiển điện áp đầu ra một cách liên tục nên nó có khả năng chống lại sự lồi/lõm của điện áp lưới và cung cấp cho tải một điện áp luôn bằng giá trị đặt và đảm bảo chất lượng của điện áp cả về biên độ và dạng sóng.

Các bộ điều áp tích cực (AVC) với chỉnh lưu tích cực là một cải tiến của bộ chống sụt áp dùng chỉnh lưu diode cả về mạch lực và kỹ thuật điều khiển. Về mặt cấu tạo, các bộ điều áp tích cực dùng chỉnh lưu tích cực có cấu trúc tương tự như bộ chống sụt áp và chỉ khác là bộ chỉnh lưu sử dụng chỉnh lưu tích cực. Với bộ chỉnh lưu tích cực AVC cho phép truyền năng lượng theo cả hai chiều nên cho phép bảo vệ phụ tải với biến thiên điện áp lưới theo cả chiều tăng và chiều giảm. Do vậy, có thể gọi nó là bộ điều áp tích cực hoàn toàn.

Bộ biến đổi phía tải của AVC có thể được xây dựng với các cấu trúc mạch lực và điều khiển khác nhau. Mỗi cấu trúc điều khiển và mạch lực có những ưu và nhược điểm nhất định. Với những ưu, nhược điểm của các cấu trúc mạch lực và phương pháp điều khiển đã phân tích của AVC trong điều kiện nguồn và/hoặc tải không đối xứng, luận án lựa chọn AVC với bộ biến đổi phía lưới là chỉnh lưu tích cực và bộ biến đổi phía tải được đề xuất sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh làm đối tượng nghiên cứu và đặt mục tiêu nâng cao chất lượng hoạt động của AVC. Cụ thể là bộ biến đổi phía tải của AVC với cấu trúc mạch lực đề xuất kiểu ba pha bốn nhánh cấp nguồn cho biến áp nối tiếp có sơ cấp nối sao và cấu trúc điều khiển véc-tơ trên hệ tọa độ d-q-0 tựa theo điện áp lưới.

Equation Chapter 2 Section 1

40

CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI PHÍA TẢI AVC SỬ DỤNG NGHỊCH LƯU BA PHA BỐN NHÁNH

Để thiết kế điều khiển cho bộ biến đổi phía tải, trước hết chúng ta cần tiến hành xây dựng mô hình toán học còn gọi là mô hình hóa bộ biến đổi phía tải của AVC. Các bước mô hình hóa bộ biến đổi phía tải của AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh bao gồm mô hình hóa máy biến áp, bộ lọc đầu ra và bộ biến đổi trên hệ tọa độ d-q-0. Việc thiết kế điều khiển cho bộ biến đổi phía tải của AVC được thực hiện trên hệ tọa độ d-q-0. Các bước tiến hành thiết kế điều khiển bao gồm: xác định cấu trúc các vòng điều khiển, tổng hợp tham số bộ điều khiển khiển, tiến hành mô phỏng kiểm chứng hiệu quả của cấu trúc và tham số bộ điều khiển. Với đối tượng đã lựa chọn của luận án cụm từ “bộ biến đổi phía tải” được hiểu là bộ biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh của AVC.

2.1 Xây dựng mô hình toán học và điều khiển bộ biến đổi phía tải AVC

2.1.1 Cấu trúc của AVC sử dụng nghịch lưu 3 pha 4 nhánh và biến áp nối tiếp sơ cấp đấu sao

Sơ đồ mạch lực của AVC sử dụng bộ biến đổi phía tải là nghịch lưu 3 pha 4

Hình 2.1 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh

dây và biến áp nối tiếp sơ cấp đấu sao như trên Hình 2.1

Véc-tơ điện áp đầu ra của cầu nghịch lưu ba pha bốn nhánh Ui=[uia, uib, uic]T.

Trong đó:

; ;

Véc tơ điện áp sơ cấp của máy biến áp U1=[u1a, u1b, u1c]T. Trong đó:

41

; ;

Với Via, Vib, Vic, Vix là điện thế các đầu ra nhánh a, b, c và x của nghịch lưu ba pha bốn nhánh (tính bằng Volt); V1a, V1b, V1c và VG là điện thế các đầu vào pha a, b, c và điểm trung tính của máy biến áp (tính bằng Volt) (xem Hình 2.1).

và véc-tơ dòng điện sơ . Áp dụng phép biến đổi Park ta có công thức biến

Véc-tơ dòng điện đầu ra của nghịch lưu IL=[iLa, iLb, iLc]T

cấp máy biến áp I1=[i1a, i1b, i1c]T đổi véc-tơ trong các hệ tọa độ như sau:

- Biến đổi véc-tơ từ tọa độ a-b-c sang hệ tọa độ α-β-γ:

; ; ; ;

; ; ; ;

; (2.1)

- Biến đổi véc-tơ từ tọa độ α-β-γ sang hệ tọa độ d-q-0 và ngược lại:

; ; ; ;

; ; ; ;

; (2.2)

- Biến đổi véc-tơ từ tọa độ a-b-c sang hệ tọa độ d-q-0 và ngược lại:

; ; ; ;

42

; ; ; ;

;

(2.3)

2.1.2 Mô hình máy biến áp nối tiếp trong AVC

Hình 2.2 Sơ đồ tương đương máy biến áp

Biến áp nối tiếp hoạt động ở tần số lưới cơ bản (với lưới điện Việt Nam là 50 Hz). Trong toàn bộ luận án này, máy biến áp nối tiếp được giả thiết là hoàn toàn đối xứng mặc dù nó làm việc với tải và nguồn không đối xứng. Theo [97] ta có sơ đồ tương đương trên Hình 2.2.

Trở kháng tương đương của máy biến áp:

(2.4)

Trong đó ; và với:

- R1 là điện trở một pha cuộn dây sơ cấp (Ω);

- L1 là điện cảm tản một pha phía sơ cấp (H);

43

- KT là tỷ số biến áp, KT=w1/w2; w1, w2 là số vòng dây tương ứng cuộn sơ

2=KT

cấp và cuộn thứ cấp máy biến áp;

2 là điện trở một pha cuộn dây thứ cấp quy đổi về sơ cấp, R’ 2 là điện cảm tản một pha phía thứ cấp quy đổi về sơ cấp, L’

2=KT

2.R2; 2.L2;

- R’ - L’

- RM là điện trở tương đương cho tổn hao sắt từ (Ω), LM là hỗ cảm (H).

- RT là điện trở tương đương của máy biến áp, LT là điện cảm tương đương.

- Ug’ là điện áp lưới quy đổi về phía sơ cấp.

Trong trường hợp máy biến áp hoạt động với điện áp xung quanh giá trị định mức dòng điện từ hóa gần như không đổi, vì L1 << LM nên Z1 << ZM ta có thể gần đúng tổng trở của máy biến áp như sau:

(2.5)

(2.6)

Đối với tính chất của AVC, máy biến áp làm việc trong dải rộng cả về điện áp và dòng điện nên mô hình sử dụng để thiết kế điều khiển là mô hình tổng quát. Từ sơ đồ tương đương của máy biến áp trên hệ tọa độ d-q-0, ta có các phương trình mô tả máy biến áp như sau:

; ; ;

- Phương trình điện áp sơ cấp:

(2.7)

Dòng từ hóa:

(2.8)

Quy đổi từ thứ cấp về sơ cấp [97]:

; ; (2.9)

Phương trình điện áp thứ cấp

44

(2.10)

Để xây dựng hàm truyền ta đặt: ; và

Biến đổi các phương trình (2.7) và (2.10) ta xây dựng được mô hình như trên

Hình 2.3 Mô hình toán học máy biến áp nối tiếp của AVC

Hình 2.3.

Viết lại phương trình (2.7) ta có:

45

(2.11)

Phương trình điện áp thứ cấp:

(2.12)

2.1.3 Mô hình bộ lọc đầu ra nghịch lưu

Bộ lọc đầu ra nghịch lưu sử dụng lọc LC kết hợp với trở kháng vào của máy

biến áp sẽ tạo thành lọc LCL.

(2.13)

(2.14)

Trong đó:

- fsw là tần số PWM (Hz).

- Un là điện áp dây (V) và Pn là công suất định mức (W).

- Cf là điện dung của tụ lọc (F).

-  là tần số góc của điện áp (rad/s).

Tần số cộng hưởng của mạch lọc:

(2.15)

Với ωres là tần số cộng hưởng bằng 2πfres. Tần số cộng hưởng phải đảm bảo trong khoảng lớn hơn mười lần tần số lưới và nhỏ hơn một nửa tần số PWM [39] [41] [98] [99] [100] [101]:

46

Hình 2.4 Sơ đồ mạch lọc đầu ra nghịch lưu của AVC

Giả thiết là cuộn kháng và tụ lọc của ba pha là hoàn toàn giống nhau. Gọi điện trở cuộn kháng lọc là RL, điện trở nối tiếp tương đương (ESR) của tụ điện là Rc và đặt:

; (2.16)

Trong hệ tọa độ d-q-0 ta có:

; ; ;

Ta có phương trình mô tả bộ lọc đầu ra:

(2.17)

(2.18)

Biến đổi và viết lại phương trình ta có:

47

(2.19)

; Đặt

ta có

(2.20)

Đặt ma trận A và B như sau:

48

(2.21)

Ta viết lại phương trình trạng thái (2.19) dưới dạng ma trận như sau:

(2.22)

2.1.4 Mô hình toán học toàn bộ mạch đầu ra của biến đổi phía tải

Sơ đồ tương đương mạch đầu ra của bộ biến đổi phía tải quy về mạch sơ cấp ’ là véc-tơ điện áp thứ cấp máy biến áp quy

như trên Hình 2.5 trong đó véc-tơ U2 về mạch sơ cấp.

Hình 2.5 Sơ đồ tương đương mạch đầu ra AVC qui đổi về sơ cấp máy biến áp

Véc-tơ U2 cũng chính là véc-tơ điện áp chèn vào của AVC. Từ phương trình (1.1) ta có véc-tơ điện áp trên tải hay điện áp đầu ra AVC: với Uout là véc- tơ điện áp đầu ra. Viết trên hệ tọa độ d-q-0 và thay (2.9) vào ta có các thành phần điện áp đầu ra AVC như sau:

49

(2.23)

Hình 2.6 Mô hình toán học mạch đầu ra AVC

Kết hợp (2.12), (2.19) và (2.23) ta có mô hình toán học mạch đầu ra của AVC từ phía sau nghịch lưu đến máy biến áp nối tiếp trên Hình 2.6.

2.2 Điều khiển bộ biến đổi phía tải của AVC

Các bộ biến đổi DC-AC và AC-DC có cả các đại lượng một chiều và đại lượng xoay chiều tần số thấp nên về mô hình cũng như thiết kế điều khiển sẽ có những đặc điểm riêng. Mục tiêu điều khiển của các bộ biến đổi có khâu AC phụ thuộc vào chức năng của bộ biến đổi trong mối liên hệ với dòng công suất trao đổi với lưới AC. Nếu bộ biến đổi làm việc với một tải xoay chiều AC độc lập thì mục tiêu điều khiển là đảm bảo biên độ và tần số điện áp ra thay đổi được theo như mong muốn (bám theo lượng đặt về tần số và điện áp). Ngược lại, nếu bộ biến đổi kết nối trực tiếp với lưới điện thì nhiệm vụ chính là cân bằng công suất giữa phía DC và phía AC, khi đó mục tiêu điều khiển chính là đảm bảo điều chỉnh được điện áp một chiều DC (trong trường hợp bộ biến đổi làm việc như một bộ chỉnh lưu tích cực). Các yêu cầu về chất lượng điều khiển vẫn giống như đối với các bộ biến đổi DC- DC, đó là đảm bảo sai lệch tĩnh trong phạm vi cho phép (hoặc không có sai lệch tĩnh), băng thông đủ rộng và độ tắt dần phù hợp (thông thường từ 0,7 trở lên).

50

Ngoài mục tiêu điều khiển chính như trên, những mục tiêu khác có thể đóng vai trò quan trọng tùy theo ứng dụng yêu cầu. Tùy theo các mục tiêu điều khiển, sẽ có các mô hình có dạng phù hợp để các đáp ứng mục tiêu điều khiển đó. Do đó, phương pháp trung bình phần tử đóng cắt sẽ được sử dụng để mô hình hóa bộ nghịch lưu ba pha bốn nhánh van, từ đó áp dụng mạch vòng điều khiển điện áp AC. Quy luật chuyển mạch của khâu điều chế điện áp bằng phương pháp điều chế véc-tơ không gian ba chiều được giới thiệu trong [16] và [102]. Bằng cách chuyển hệ tọa độ từ hệ tọa độ tĩnh sang hệ tọa độ đồng bộ d-q-0, lúc này các biến trạng thái sẽ trở thành các biến DC và dòng điện sẽ gồm ba thành phần: dòng tác dụng id, dòng phản kháng iq, dòng thứ tự không i0. Mối liên hệ chéo giữa hai kênh dòng điện có thể bù trong bộ điều chỉnh hoặc ở ngoài, như vậy có thể được điều khiển một cách độc lập từng kênh.

2.2.1 Phân tích hàm truyền đối tượng điều khiển bộ biến đổi phía tải của AVC

a) Hàm truyền điện áp bộ biến đổi phía tải

Biểu diễn dòng điện tải I2 theo điện áp và điện trở tải tương đương Rtai, ta có điện trở tải tương đương của bộ biến đổi phía tải (tính từ sơ cấp của máy biến áp về phía tải) Ritai như sau:

Với R’tai là điện trở tải tương đương quy đổi về sơ cấp máy biến áp.

Từ mô hình toán học, coi các tác động xen kênh là nhiễu ta có thể gần đúng

hàm truyền điện áp của bộ biến đổi phía tải AVC như sau:

(2.24)

(2.25)

(2.26)

51

Trong đó:

;

;

;

b) Hàm truyền dòng điện đầu ra bộ biến đổi phía tải

Bỏ qua các tác động xen kênh, tương tự như hàm truyền điện áp ta có hàm

truyền dòng điện đầu ra như sau:

(2.27)

(2.28)

(2.29)

Với ; ;

các tham số khác tương tự hàm truyền điện áp.

Có thể nhận thấy phương trình đặc tính của hàm truyền điện áp và hàm truyền dòng điện là tương tự nhau.

52

2.2.2 Thiết kế điều khiển theo cấu trúc điều khiển nối tầng

Hình 2.7 Cấu trúc điều khiển nối tầng

Cách tiếp cận truyền thống đối với cấu trúc điều khiển bộ biến đổi phía tải AVC là sử dụng cấu trúc điều khiển nối tầng với vòng điều khiển trong là điều khiển dòng điện và vòng điều khiển ngoài là vòng điều khiển điện áp. Sơ đồ cấu trúc điều khiển nối tầng (cascade) của một kênh d, q hoặc 0 như trên Hình 2.7.

Trong đó Ri(s) là bộ điều khiển dòng điện. Ru(s) là bộ điều khiển điện áp. Hu(s)

là hàm truyền điện áp đầu ra và Hi(s) là hàm truyền dòng điện.

Nhận thấy đối tượng điều khiển của vòng điều khiển dòng điện có tham số Q phụ thuộc vào tải. Cách tiếp cận thông thường nhất đối với lớp đối tượng như vậy khi thiết kế điều khiển là thiết kế bộ điều khiển trong trạng thái bất lợi nhất thì kết quả thiết kế sẽ ổn định trong các trạng thái khác.

Trong trạng thái không tải, Rtai tiến tới vô cùng và Ritai = R1+RM. So với công suất định mức của biến áp thì tổn hao của máy biến áp là rất nhỏ nên RM là rất lớn dẫn tới Ritai, Q lớn và hệ số tắt dần của hàm truyền đối tượng rất nhỏ trong trạng thái không tải. Nói cách khác, trạng thái bất lợi nhất với điều khiển chính là trạng thái không tải và do vậy ta có thể thiết kế điều khiển tốt cho trạng thái không tải thì hệ thống sẽ làm việc tốt trong toàn dải.

Xét thành phần trục d, hàm truyền trễ điều khiển và khâu điều chế véc-tơ không

gian là GSVM(s) ta có hàm truyền kín của vòng điều khiển dòng điện kênh d là:

(2.30)

Hàm truyền hở của vòng điều khiển điện áp trong cấu trúc nối tầng là:

(2.31)

Điểm cực của hàm truyền hở vòng điều khiển điện áp chính là điểm cực của hàm truyền kín vòng điều khiển dòng điện và là các điểm không của 1+RidGSVM(s)Hid(s) và bằng cách chọn Rid(s) ta có thể thiết kế sao cho các đỉnh của điện áp sẽ bị loại bỏ. Tương tự với các vòng điều khiển trục q và trục 0.

a) Thiết kế vòng điều khiển dòng điện

Tham số bộ điều chỉnh PI sẽ được tính toán dựa trên mạch vòng điều khiển dòng điện trên, mạch vòng điều khiển có xét đến trễ của hệ thống điều khiển bao

53

Hình 2.8 Mạch vòng điều khiển dòng điện

gồm trễ khâu điều chế véc-tơ không gian và trễ tính toán bộ điều chỉnh dòng điện. Giá trị tính toán ra của bộ điều khiển tới khi tác động vào đối tượng điều khiển có độ trễ từ một tới hai chu kỳ lấy mẫu (từ Ts tới 2Ts). Trung bình ta sẽ gần đúng bằng hằng số thời gian 1,5Ts.

Sử dụng phương pháp tổng hợp cho mạch vòng dòng điện dựa trên đáp ứng trên miền tần số. Cơ sở phương pháp này là cần xác định tần số cắt ωc (thông thường được lựa chọn trong khoảng 10 lần tần số cơ bản và 1/10 tần số PWM) và độ dự trữ pha PM.

 Tìm hệ số khuếch đại cho bộ điều khiển thành phần dòng điện trục d

Biên độ bộ điều chỉnh PI:

(2.32)

Do tần số cắt lớn hơn nhiều lần tần số cơ bản nên:

(2.33)

Tham số bộ điều chỉnh được xác định dựa vào 2 biểu thức sau:

(2.34)

Ta tính ra được hệ số khuếch đại theo công thức sau:

(2.35)

 Tìm hệ số tích phân của bộ điều khiển thành phần dòng điện trục d

Do dự trữ pha hệ thống nằm trong giới hạn cho phép nên pha của bộ điều chỉnh

PI được tính như sau:

(2.36)

Trong đó:

54

(2.37)

Như vậy, hệ số tích phân của bộ điều chỉnh được tính theo (2.36):

(2.38)

Thiết kế tương tự với các bộ điều khiển thành phần dòng điện trục q và trục 0.

b) Thiết kế bộ điều khiển điện áp vòng ngoài

Sơ đồ vòng điều khiển điện áp như trên Hình 2.9 với Fi(s) là hàm truyền kín

Hình 2.9 Mô tả toán học mạch vòng điều chỉnh điện áp

của vòng điều khiển dòng điện.

Một trong những điều kiện làm việc của cấu trúc điều khiển nối tầng là tốc độ đáp ứng của vòng trong phải nhanh hơn vòng ngoài hay băng thông điều khiển vòng trong phải lớn hơn băng thông điều khiển vòng ngoài thông thường là từ 5 tới 10 lần. Trong điều kiện như vậy, ta có thể coi Fi(s)≈1 và việc thiết kế bộ điều khiển điện áp trở nên rất dễ dàng.

Hàm truyền giữa điện áp đầu ra nghịch lưu và dòng điện:

(2.39)

Thực hiện tương tự như thiết kế bộ điều khiển PI ở mạch vòng dòng điện.

55

2.3 Kết quả mô phỏng và đánh giá

Sau khi đã thiết kế cấu trúc điều khiển các bộ biển đổi ở các mục trên, tiến hành mô phỏng trên Matlab-Simulink để kiểm chứng với phần mạch lực sử dụng phần mềm PLECS.

2.3.1 Tham số mô phỏng

Các bộ điều khiển cho mạch vòng dòng điện và mạch vòng điện áp được thiết

Bảng 2.1 Thông số các bộ điều chỉnh của bộ biến đổi phía tải AVC

kế như trên và có kết quả trên Bảng 2.1.

Bộ điều khiển Đại lượng Giá trị

Mạch vòng điện áp 0.037 kpv

44.4132 kiv

Mạch vòng điện áp 38.7031 kpc

11194.4 kic

Các tham số của đối tượng điều khiển là bộ AVC thí nghiệm được trình bày

Bảng 2.2 Tham số mạch lực bộ điều áp tích cực AVC thí nghiệm

trong Chương 3 và có các số liệu như trên Bảng 2.2.

Bộ điều áp liên tục Giá trị Đơn vị

5 kVA Công suất

0.97 Ω Tải

Tham số mạch lọc phía tải Giá trị Đơn vị

98 µF Tụ điện Cf

Tham số mạch lọc phía lưới Giá trị Đơn vị

0.13 mH Điện cảm LI

0.9 mH Điện cảm LG

90 µF Tụ điện Cd

1 Ω Điện trở Rd

56

Tham số tụ DC-link Giá trị Đơn vị

Tụ điện DC-link 6600 µF

700 V Điện áp Vdc

Tham số máy biến áp nối tiếp Giá trị Đơn vị

Tỷ số máy biến áp 2:1 V

Công suất định mức 5 kVA

Điện trở phía sơ cấp 50 mΩ

Điện cảm phía sơ cấp 0.31 mH

Điện trở phía thứ cấp 25 mΩ

Điện cảm phía thứ cấp 0.22 mH

Điện trở từ hóa 10 kΩ

Điện cảm từ hóa 30 H

2.3.2 Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink

Tiến hành mô phỏng hệ thống trên Matlab/Simulink trong thời gian 0.85s. Điện

áp lưới 380V tại các thời điểm sau xảy ra lồi/lõm điện áp:

- Tại thời điểm 0.3s điện áp lưới lõm một pha còn 55%. Điện áp lưới trở về ổn

định 380V tại thời điểm 0.4s.

- Tại thời điểm 0.45s, điện áp lưới lõm hai pha còn 55%. Điện áp lưới trở về

ổn định 380V tại thời điểm 0.55s.

- Tại thời điểm 0.6s, điện áp lưới xảy ra lõm ba pha còn 70%. Điện áp lưới trở

về 380V tại thời diểm 0.7s.

- Tại thời điểm 0.75s, điện áp lưới xảy ra lồi ba pha 110%.

Trình tự khởi động: Đầu tiên, bộ biến đổi phía lưới khởi động quá trình nạp tụ. Sau 0.1s, bộ biến đổi phía lưới chạy ở chế độ chỉnh lưu diode. Đến thời điểm 0.15s, bộ biến đổi phía lưới chạy ở chế độ chỉnh lưu tích cực. Sau khi điện áp một chiều ổn định ở mức 700V, bộ biến đổi phía tải khởi động tại thời điểm 0.25s.

Tiến hành phân tích quá trình quá độ tại các thời điểm xảy ra biến động điện áp lưới. Phân tích tại hai thời điểm đầu và thời điểm cuối khi xảy ra lồi/lõm điện áp.

- Thời điểm đầu: điện áp lưới đang ở định mức sau đó xảy ra lỗi điện áp.

57

- Thời điểm cuối: điện áp lưới đang bị lỗi sau đó trở về bằng định mức

Hình 2.10 Kịch bản mô phỏng trên Matlab

Hình 2.11 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 1 pha còn 55% tại thời điểm đầu

Hình 2.12 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 2 pha còn 55% tại thời điểm đầu

Từ Hình 2.11, Hình 2.12, Hình 2.13 và Hình 2.14 có thể thấy khi có sự biến động biến áp lưới từ các thời điểm 0.3s, 0.45s, 0.6s, 0.75s, bộ biến đổi phía tải sau khoảng 1 chu kỳ điện áp đã bù điện áp để điện áp trên tải ổn định ở giá trị định mức mỗi pha 220V.

58

Hình 2.13 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 3 pha còn 70% tại thời điểm đầu

Hình 2.14 Dạng điện áp khi điện áp lưới lồi 110% tại thời điểm đầu

Hình 2.15 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 1 pha còn 55% tại thời điểm cuối

Hình 2.16 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 2 pha còn 55% tại thời điểm cuối

59

Hình 2.17 Dạng điện áp khi điện áp lưới lõm 3 pha còn 70% tại thời điểm cuối

Hình 2.18 Sai lệch giữa điện áp đặt và điện áp ra bộ biến đổi phía tải của AVC

Từ Hình 2.15, Hình 2.16, Hình 2.17 sau khi kết thúc trạng thái lỗi điện áp, điện áp trên tải vẫn giữ được giá trị định mức mỗi pha là 220V. Tại thời điểm quá độ 0,4s, 0,55s, 0,7s, điện áp trên tải có vượt quá giá trị định mức nhưng trong thời gian ngắn (sau 1 chu kỳ điện áp lưới). Cụ thể, khi kết thúc quá trình lõm 1 pha còn 55%, điện áp trên tải quá độ có giá trị đỉnh là 376 (V). Đối với trường hợp lõm 2 pha còn 55% và lõm 3 pha còn 70%, giá trị đỉnh đó lần lượt là 380 (V) và 377 (V).

So sánh sai lệch giữa điện áp đặt và điện áp ra của bộ biến đổi phía tải của các

pha có thể thấy, giá trị gần như bằng không.

Đánh giá chất lượng điện áp đầu ra bộ biến đổi phía tải qua việc phân tích Fourier điện áp trên tải. Các kết quả phân tích Fourie điện áp trên tải pha A tại thời điểm sau khi xảy ra sự biến động điện áp lưới 1 chu kỳ (20ms), phân tích trong 4 chu kỳ, tính đến sóng hài bậc 20 (1000Hz).

60

a) Trường hợp 1 b) Trường hợp 2

Hình 2.19 Kết quả phân tích Fourier điện áp pha A

c) Trường hợp 3 d) Trường hợp 4

Từ Hình 2.19, điện áp trên tải có tổng độ méo sóng hài thấp luôn nhỏ hơn 5%,

đảm bảo tiêu chuẩn IEEE Std 519.

2.3.3 Mô phỏng thời gian thực

a) Cấu trúc hệ thống mô phỏng thời gian thực

Cấu trúc điều khiển các bộ biến đổi một lần nữa được kiểm chứng trên thiết bị điều khiển thời gian thực của hãng Typhoon. Thiết bị này cho phép giả lập mô hình phần cứng với bước tính 1µs và thời gian trích mẫu PWM là 20ns.

Thông số của thiết bị Typhoon HIL 402 như sau:

- 4 lỗi vi xử lý FPGA.

- Cổng vào ra tương tự: 16 kênh, phân dải 16 bit, dải ±10V.

- Cổng vào ra số: 32 kênh.

- Kết nối: USB 2.0, Ethernet.

- Nguồn cấp: từ 100V tới 250V AC, ≥ 60W

Ngoài ra, đi kèm với thiết bị Typhoon HIL402 là mạch “DSP interface”. Mạch “DSP interface” sử dụng vi điều khiển DSP TMS320F2808 là vi điều khiển trung tâm. Mạch hỗ trợ các cổng vào ra tương tự và vào ra số để kết nối với thiết bị Typhoon HIL402, hỗ trợ giao tiếp truyền thông UART để kết nối với máy tính.

61

Trong hệ thống này, thiết bị Typhoon có nhiệm vụ giả lập phần cứng với bước tính 1µs còn mạch “DSP interface” với DSP TMS320F2808 sẽ thực hiện cấu trúc điều khiển. Hai phần giao tiếp nhau qua các cổng vào ra tương tự (AO, AI) và vào ra số (DI, DO).

Hình 2.20 Giao tiếp giữa HIL402 và DSP TMS320F2808

Hình 2.21 Sơ đồ mô phỏng trên Typhoon HIL402

Cấu trúc điều khiển: phương pháp điều chế độ rộng xung, các bộ điều chỉnh điện áp và dòng điện, thuật toán vòng khóa pha,…được cài đặt trên DSP TMS320F2808. Thông qua mạch “DSP interface”, Card HIL402 cung cấp tới 16 cổng ra tương tự, các cổng này được thiết lập để gửi các tín hiệu điện áp và dòng điện đến mạch ADC của DSP TMS320F2808. Tín hiệu xung đưa ra từ kênh PWM của DSP TMS320F2808 sẽ gửi đến cổng DI của Card HIL402 được cấu hình là các tín hiệu điều khiển đóng/cắt van.

62

Hình 2.22 Mô hình mô phỏng thời gian thực trên thiết bị Typhoon HIL402

Ngoài ra, sử dụng phần mềm “Typhoon HIL Control Center“ của hãng cho phép thay đổi người thiết kế có thể thiết lập tham số, lựa chọn các đặc tính hiển thị dưới dạng đồ thị và thay đổi các điều kiện vận hành theo thời gian.

Từ các điểm đo trên mạch “DSP interface”, sử dụng Osiloscope Hameg – 200MHz cho phép đo được các đáp ứng điện áp trong quá trình quá độ. Tỷ lệ đo AC 1:1500, đo DC là 1: 2000.

b) Kết quả mô phỏng thời gian thực

Mô phỏng thời gian thực với kịch bản xảy ra 4 trường hợp như mô phỏng trên

Matlab.

trên tụ

Hình 2.23 Kết quả mô phỏng trên HIL: điện áp lưới, điện áp bù, điện áp tải, điện áp

63

Hình 2.24 Kết quả HIL khi lưới điện lõm 1 pha còn 55%

c) Điện áp trên tải a) Điện áp lưới b) Điện áp bù

Hình 2.25 Kết quả HIL khi lưới điện lõm 2 pha còn 55%

c) Điện áp tải a) Điện áp lưới b) Điện áp bù

Hình 2.26 Kết quả HIL khi lưới điện lõm 3 pha còn 70%

a) Điện áp lưới c) Điện áp tải b) Điện áp bù

Hình 2.27 Kết quả HIL khi lưới điện lồi 3 pha 110%

a) Điện áp lưới b) Điện áp bù c) Điện áp tải

64

Hình 2.28 Kết quả HIL của điện áp trên tụ

Kết quả mô phỏng thời gian thực cũng được kiểm chứng với 4 trường hợp như ở mục 2.3.1, với các kết quả chỉ ra ở các hình từ Hình 2.23 đến Hình 2.28. Trong cả bốn trường hợp, điện áp trên tải vẫn giữ được ở định mức 380V sau khi xác lập. Sau khi xảy ra quá độ, điện áp trên tải nhanh chóng đạt về định mức trong khoảng thời gian chưa đầy 20 ms (1 chu kỳ điện áp lưới) tương tự như mô phỏng trên Matlab - Simulink. Cũng có thể thấy điện áp DC luôn được giữ ở mức 700V trong quá trình hoạt động, tại các thời điểm quá độ điện áp DC có dao động trong khoảng 10V cũng nhanh chóng ổn định lại sau 5ms.

Kết luận chương 2

Trong chương này mô hình toán học bộ biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh đã được xây dựng. Từ mô hình toán học cấu trúc điều khiển hai mạch vòng dòng điện phía trong và điện áp phía ngoài đã được tính toán thiết kế. Kết quả mô phỏng trên máy tính sử dụng phần mềm Matlab-Similink và Plecs cũng như kết quả mô phỏng thời gian thực trên thiết bị mô phỏng Typhoon HIL đã cho thấy hoạt động và đáp ứng tốt của cấu trúc mạch lực với nghịch lưu ba pha bốn nhánh và điều khiển véc-tơ với cấu trúc điều khiển nối tầng truyền thống đề xuất cho bộ biến đổi phía tải của AVC. Kết quả mô phỏng thời gian thực trên Typhoon HIL cho thấy cấu trúc điều khiển đề xuất có thể triển khai được trong thời gian thực và cho tốc độ đáp ứng điều khiển tương tự kết quả mô phỏng trên Matlab-Simulink.

Hàm truyền điện áp và hàm truyền dòng điện có phương trình đặc tính tương tự nhau nên việc sử dụng cấu trúc điều khiển kiểu hai vòng nối tầng truyền thống sẽ buộc phải chấp nhận tốc độ đáp ứng của điều khiển điện áp chậm hơn so với khả năng có thể đạt được để đáp ứng điều kiện hoạt động của điều khiển nối tầng. Đặc điểm này chính là cơ sở của việc phát triển cấu trúc điều khiển khác để nâng cao tốc độ đáp ứng của AVC sẽ được trình bày trong Chương 4.

65

Equation Chapter 3 Section 1

CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM

Để đánh giá hiệu quả của cấu trúc mạch lực và điều khiển của AVC đã đề xuất, một mô hình thí nghiệm với AVC chế tạo theo cấu trúc mới được xây dựng. Các kịch bản thử nghiệm khác nhau được tiến hành tương ứng với kết quả được trình bày trong chương này.

3.1 Kịch bản thử nghiệm

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm bộ AVC với bộ biến đổi phía tải sử dụng

nghịch lưu cầu ba pha bốn nhánh

Hệ thống bộ AVC có nhiệm vụ khắc phục các sự cố lồi, lõm điện áp ngắn hạn. Vì vậy, đánh giá được hoạt động của bộ AVC cần phải tạo ra các sự cố điện áp ngắn hạn. Do thử nghiệm với quá trình xảy ra sự cố điện áp ngắn hạn trong thời gian dài (10s), năng lượng tích lũy trên tụ điện không thể đáp ứng được nên khi thử nghiệm, nguồn cấp bộ biến đổi phía lưới được tách riêng với nguồn cấp bộ biến đổi phía tải AVC để đảm bảo có thể khảo sát trong thời gian dài. Sơ đồ thử nghiệm bộ AVC với bộ biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh như trên Hình 3.1.

3.1.1 Thiết kế bộ thí nghiệm AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh

a) Số liệu thiết kế:

- Điện áp lưới: 220V, 50Hz.

- Công suất bộ nghịch lưu 3 pha 4 nhánh: 5kVA.

- Tần số phát xung: 10kHz.

- Hệ số công suất: Cosφ = 0.8.

- Máy biến áp nối lưới có hệ số: 2: 1

b) Tính cuộn cảm lọc:

Dòng điện đầu ra:

66

= = 15,15 (A) Io =

Biên độ dòng tải:

= 21,43 (A) Iom = Io

Lấy sụt áp tại tần số cơ bản bằng 10%Uo, ta có:

ULf = I0.XLf = 0,1.U0 = 0,1.220 = 22 (V)

XLf = = 1,45 Ω => Lf = 4.615 (mH)

 Chọn Lf = 4.5 (mH)

c) Tính chọn tụ lọc:

Chọn tần số cắt mạch lọc LC bằng 0,06 lần tần số phát xung:

ωCL = 0,06.ωs = 0,06.2.3,14.10000 = 3768 (rad/s)

= = 15,7 (uF) Cf =

 Chọn Cf là 15 uF.

d) Kịch bản tạo lồi, lõm điện áp:

- Kịch bản 1: Ngắn mạch phía nguồn thông qua điện trở, điện kháng để gây

ra sự sụt áp phía nguồn.

- Kịch bản 2: Phía nguồn cấp ra tải thông qua một biến áp tự ngẫu. Điều chỉnh biến áp tự ngẫu để nguồn cấp cao 110% định mức để tạo sự số lồi điện áp. - Kịch bản 3: Đóng động cơ không đồng bộ. Trong quá trình khởi động động

cơ thì điện áp phía nguồn sẽ bị sụt áp.

3.1.2 Kịch bản 1

Bộ tạo lõm điện áp: Để tạo ra một lõm điện áp thực hiện bằng việc tạo ra một ngắn mạch ba pha hoặc hai pha hoặc 1 pha thông qua các điện trở, điện kháng ngắn mạch được tính toán. Điện áp của hệ thống sẽ bị sụt xuống nhờ có sự giới hạn công suất của máy biến áp cách ly có công suất 5kVA được đặt ngay phía đầu nguồn. Giá trị điện áp sụt thay đổi được dựa vào việc điều chỉnh điện trở tạo lõm (R1, R2, R3) trong khoảng từ 0 – 10 Ω.

67

Hình 3.2 Hệ thống thử nghiệm bộ AVC với bộ tạo lõm điện áp

Bộ tạo lõm bao gồm:

- Phần lực: Điện trở tạo lõm R1, R2, R3 trong dải (0÷10)Ω, Aptomat 3 pha

100A, 3 contactor 3 pha 100A.

- Phần điều khiển: Nút nhấn ESTOP, ENTER, A, B, C và relay thời gian

TIMER.

Sử dụng máy biến áp tự ngẫu 9kVA và máy biến áp cách ly 1:3 (5kVA).

3.1.3 Kịch bản 2

Điều chỉnh biến áp tự ngẫu để tăng điện áp cấp vào bộ AVC, khi đo có thể tăng

Hình 3.3 Hệ thống thử nghiệm bộ AVC với trường hợp tạo lồi điện áp

điện áp cấp cho bộ AVC vượt được trên giá trị định mức.

3.1.4 Kịch bản 3

Kịch bản 3 được xây dựng để thử nghiệm đáp ứng của AVC với trường hợp sụt áp do khởi động động cơ. Trường hợp này phụ tải của AVC là động cơ không đồng bộ hoạt động trong trường hợp khởi động như trên Hình 3.4.

68

Hình 3.4 Hệ thống thử nghiệm bộ AVC với động cơ

Hệ thống bao gồm:

- Bộ AVC. - Biến áp tự ngẫu 9kVA. - Hệ thống tải: Sử dụng hai động cơ không đồng bộ (IM) rô-to lồng sóc 3 pha 380V 50Hz công suất 2,2kW của Công ty Động cơ điện Việt - Hung.

 Thiết bị đo

Trong quá trình thử nghiệm cần sử dụng các thiết bị đo sau:

- Thiết bị đo Oscilloscope Gwinstek GDS-2104A: để phân tích dạng điện

áp.

Bảng 3.1 Thông số của Oscilloscope

- Thiết bị đo CW140: để phân tích chất lượng điện năng.

Oscilloscope Gwinstek GDS-2104A

Băng thông 100 MHz

Số kênh 4

Tốc độ lấy mẫu 2Gsa/s

Rise time 3,5 ns

Độ nhạy 1mV-10V/div

Độ phân giải 8 bit

Cổng giao tiếp USB, RS232

69

Bảng 3.2 Thông số CW140

CW140 Clamp-On Power Meter

Hiển thị LCD 320 x 240 pixels

Dải đo điện áp 150/300/600 V

Dải đo dòng điện 20/50/200/500/1000 A

Độ chính xác điện áp ±0,1% at 45 to 65 Hz

Độ chính xác dòng điện ±0,6% at 45 to 65 Hz

3.2 Lắp đặt hệ thống thử nghiệm

3.2.1 Lắp đặt trong phòng thí nghiệm

Hệ thống thử nghiệm với bộ tạo lõm

Hình 3.5 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm bộ AVC với bộ tạo lõm điện áp

Đấu nối hệ thống thử nghiệm với sơ đồ như trên Hình 3.5:

Hệ thống thử nghiệm như sơ đồ Hình 3.4 bao gồm:

- Bộ AVC. - Biến áp tự ngẫu 9kVA. - Bộ tạo lõm điện áp với 3 điện trở R1, R2, R3 có giá trị tùy vào từng trường

hợp.

- Tải 3 pha R = 64Ω.

70

- Thiết bị đo 2 Oscilloscope, CW140 và máy tính.

Hệ thống thử nghiệm với trường hợp lồi điện áp

Hệ thống thử nghiệm như Hình 3.6 bao gồm:

Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm bộ AVC với trường hợp lồi điện áp

- Bộ AVC. - Biến áp tự ngẫu 9kVA. - Tải 3 pha R = 64Ω. - Thiết bị đo 2 Oscilloscope, CW140 và máy tính.

Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm bộ AVC 5kVA với động cơ

Hệ thống thử nghiệm với sụt áp do động cơ khởi động

Hệ thống thử nghiệm với sụt áp do động cơ khởi động như sơ đồ Hình 3.7

gồm:

- Bộ AVC 5kVA. - Biến áp tự ngẫu 9kVA. - Hệ thống tải R = 64 Ω (tương đương 2,2kW).

71

- Hệ thống tạo lõm: khởi động 2 động cơ không đồng bộ 3 pha 380V 50Hz 2,2kW đấu tam giác. - Thiết bị đo 2 Oscilloscope, CW140 và máy tính.

Chi tiết về chế tạo và lắp đặt bộ thí nghiệm AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van xem trong Phụ lục 2.

3.3 Kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm

3.3.1 Kết quả thử nghiệm bộ AVC 5kVA

a) Trường hợp lõm điện áp 3 pha

Hình 3.8 Dạng điện áp phía lưới khi xảy ra lõm điện áp 3 pha

Thử nghiệm với trường hợp lõm điện áp một pha cho kết quả khi điện áp lưới bị lõm có dạng như trên Hình 3.8 thì dạng điện áp phía tải như trên Hình 3.9b. Đối chứng với AVC sử dụng nghịch lưu 3 cầu H một pha, AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van cho đáp ứng tương đương. Hình 3.10 so sánh điện áp lưới và điện áp tải trong khi xảy ra lõm khi đã xác lập và Hình 3.11 và Hình 3.12 là các giá trị hiệu dụng.

72

a) Với AVC sử dụng ba cầu H một pha [96]

b) Với AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh

Hình 3.9 Dạng điện áp quá độ phía tải trong lúc xảy ra lõm điện áp 3 pha

Hình 3.10 Dạng điện áp lưới và tải trong lúc xảy ra lõm điện áp 3 pha khi xác lập

b) Điện áp tải a) Điện áp lưới

73

250

)

200

V

(

150

g n ụ d u ệ i

100

h p á n ệ i Đ

50

Va Vb Vc

0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 t (s)

Hình 3.11 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi

bộ AVC chưa hoạt động với lõm ba pha

250

)

V

200

(

150

g n ụ d u ệ i

100

50

h p á n ệ i Đ

Va Vb Vc

0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 t (s)

Hình 3.12 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi

bộ AVC hoạt động với lõm ba pha

Nhận xét:

- Trên Hình 3.8 là dạng điện áp lưới, trước thời điểm chưa xảy ra sự cố, điện áp lưới định mức bộ AVC chưa thực hiện bù điện áp. Sau khi xảy ra sự cố sụt điện áp còn 50% (điện áp pha còn 112 V) thì bộ AVC thực hiện bù điện áp với thời gian đáp ứng khoảng 2 chu kỳ điện áp. Dạng điện áp trên tải như trên Hình 3.9b, giá trị điện áp trên tải được giữ ở mức sai lệch 3,1% (dao động 7V) giá trị định mức.

- Khi kết thúc sự cố điện áp, điện áp lưới quay trở về khoảng giá trị định mức

bộ AVC ngừng thao tác bù điện áp.

- Trên Hình 3.10 cho thấy giá trị điện áp trên tải luôn giữ được ở giá trị đặt mặc dù điện áp lưới bị sụt. Hình 3.11 và Hình 3.12 là giá trị hiệu dụng điện áp khi không sử dụng AVC và khi có sử dụng AVC.

74

b) Trường hợp lõm điện áp 1 pha

Hình 3.13 Dạng điện áp phía lưới khi xảy ra lõm điện áp một pha

Thử nghiệm với trường hợp lõm điện áp một pha cho kết quả khi điện áp lưới bị lõm có dạng như trên Hình 3.13 thì dạng điện áp phía tải như trên Hình 3.14b. Đối chứng với AVC sử dụng nghịch lưu 3 cầu H một pha, AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van cho đáp ứng tương đương. Hình 3.15 so sánh điện áp lưới và điện áp tải xác lập trong khi xảy ra lõm và Hình 3.17 là giá trị hiệu dụng.

75

a) Với AVC sử dụng nghịch lưu ba cầu H một pha [96]

b) Với AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van

Hình 3.14 Dạng điện áp quá độ phía tải trong lúc xảy ra lõm điện áp một pha

Hình 3.15 Giá trị điện áp lưới và tải pha A đo trên Oscilloscope khi lõm điện áp

một pha khi đã xác lập

b) Điện áp tải a) Điện áp lưới

76

250

)

200

V

(

150

g n ụ d u ệ i

100

h p á n ệ i Đ

50

Va Vb Vc

0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 t (s)

Hình 3.16 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi

bộ AVC chưa hoạt động với lõm một pha

250

200

)

V

150

(

100

g n ụ d u ệ i

50

Va Vb Vc

h p á n ệ i Đ

0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 t (s)

Hình 3.17 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi

bộ AVC hoạt động với lõm một pha

Nhận xét:

- Trên Hình 3.13, trước thời điểm chưa xảy ra sự cố, điện áp lưới trong khoảng định mức, bộ AVC chưa thực hiện bù điện áp. Sau khi xảy ra sự cố sụt áp 1 pha, điện áp còn 45% (điện áp pha còn 96 V) thì bộ AVC thực hiện bù điện áp với thời gian đáp ứng khoảng 1,5 chu kỳ điện áp. Giá trị điện áp trên tải được giữ ở mức sai lệch 2,7% (dao động 6V) giá trị định mức (Hình 3.14b).

- Khi kết thúc sự cố điện áp, điện áp lưới quay trở về khoảng giá trị định mức,

bộ AVC ngừng thao tác bù điện áp.

- Trên Hình 3.15, trong quá trình xảy ra lõm điện áp, điện áp trên tải luôn

được giữ ở giá trị định mức với tần số 50 Hz.

- Hình 3.16 và Hình 3.17 là giá trị hiệu dụng trong hai trường hợp bộ AVC

không hoạt động và bộ AVC có hoạt động

77

c) Trường hợp lồi điện áp 3 pha

Thử nghiệm với trường hợp lồi điện áp ba pha cho kết quả khi điện áp lưới bị

Hình 3.18 Dạng điện áp phía lưới khi xảy ra lồi điện áp

Hình 3.19 Dạng điện áp phía tải trong lúc xảy ra lồi điện áp

lồi có dạng như trên Hình 3.18 thì dạng điện áp phía tải như trên Hình 3.19.

78

Hình 3.20 Giá trị của điện áp lưới và tải đo trên Oscilloscope khi xảy ra lồi điện áp

300

250

a) Điện áp lưới b) Điện áp tải

)

V

(

200

150

g n ụ d u ệ i

100

h p á n ệ i Đ

Va

50

Vb

Vc

0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 t (s)

Hình 3.21 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi

bộ AVC chưa tác động

300

250

)

200

V

(

150

g n ụ d u ệ i

100

50

Va Vb Vc

h p á n ệ i Đ

0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 t (s)

Hình 3.22 Điện áp hiệu dụng phía tải hiển thị trên phần mềm giám sát CW140 khi bộ AVC tác động

79

Nhận xét:

- Trên Hình 3.18, trước thời điểm chưa xảy ra sự cố, điện áp lưới trong khoảng định mức, bộ AVC chưa thực hiện bù điện áp. Sau khi xảy ra lồi điện áp đến 115% (điện áp pha 250V) thì bộ AVC thực hiện bù điện áp với thời gian đáp ứng khoảng 1,5 chu kỳ điện áp. Giá trị điện áp trên tải được giữ ở mức sai lệch 2,3% (dao động 5V) giá trị định mức (Hình 3.19).

- Khi kết thúc sự cố điện áp, điện áp lưới quay trở về khoảng giá trị định mức,

bộ AVC ngừng thao tác bù điện áp.

- Trên Hình 3.20, trong quá trình xảy ra lõm điện áp, điện áp trên tải luôn

được giữ ở giá trị định mức với tần số 50Hz.

- Hình 3.21 và Hình 3.22 là giá trị hiệu dụng điện áp đầu ra trong hai trường

hợp khi bộ AVC không hoạt động và khi bộ AVC có hoạt động

d) Trường hợp lõm điện áp khi khởi động động cơ

Hình 3.23 Dạng điện áp lưới trong quá trình khởi động động cơ

Vặn biến áp tự ngẫu 9kVA về vị trí 220V để cấp điện cho bộ biến đổi phía tải. Khi đóng tải là động cơ, thu được dạng điện áp lưới bị sụt điện áp như trên Hình 3.22.

80

Hình 3.24 Dạng điện áp phía tải trong quá trình sụt áp do khởi động động cơ

Khi điện áp lưới xảy ra sự cố sụt điện áp, bộ AVC tiến hành bù điện áp. Hình 3.24 thể hiện quá trình bù điện áp của bộ AVC. Sau khoảng thời gian đáp ứng tầm 1,5 chu kì điện áp, điện áp phía tải đã được đưa về giá trị định mức của nguồn (điện áp pha 126V, điện áp dây 220V), tần số 50Hz.

Kết luận chương 3:

Mô hình thí nghiệm cho phép thí nghiệm các trường hợp lõm điện áp ba pha, lõm điện áp một pha, lồi điện áp ba pha và sụt áp do động cơ khởi động đã được xây dựng. Kết quả thí nghiệm cho thấy với trường hợp sự cố lồi/lõm điện áp do nguồn và lõm điện áp do khởi động động cơ bộ AVC đã chứng minh được hiệu quả bù điện áp, từ đó giúp đảm bảo điện áp phía tải ổn định ở giá trị định mức.

Thời gian để phục hồi điện áp từ khoảng 1,5 chu kỳ điện áp lưới tới 2 chu kỳ điện áp lưới và càng tăng khi mức độ sụt điện áp tăng lên. Đặc tính của đáp ứng tương tự như mô phỏng nhưng thời gian đáp ứng chậm hơn do ảnh hưởng của quá trình đóng cắt van bán dẫn thực không lý tưởng như mô phỏng, các phân tử điện cảm và điện trở ký sinh cũng làm hạn chế tốc độ huy động công suất,. Kết quả so sánh với AVC sử dụng nghịch lưu 3 cầu H một pha cho thấy cấu trúc AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van có chất lượng điều khiển hoàn toàn tương đương.

Với hầu hết các ứng dụng thực tế có sử dụng phần tử tích trữ năng lượng như tụ điện một chiều trong các bộ chỉnh lưu đi-ốt thì tốc độ phục hồi điện áp từ 1,5 tới 2 chu kỳ điện áp lưới hoàn toàn đáp ứng yêu cầu hoạt động và sẽ không gây báo lỗi và dừng hệ thống. Tuy vậy, với một số phụ tải nhạy cảm hơn như các bộ biến

81

đổi chuyển mạch theo lưới thì tốc độ phục hồi điện áp này vẫn có thể gây ra hiện tượng không chuyển mạch được trong hai chu kỳ lưới và có thể làm giảm chất lượng sản phẩm và tác động tới hệ thống bảo vệ của thiết bị làm dừng hoạt động đột ngột dây chuyền sản xuất. Đối với những phụ tải như vậy, ta cần phải phát triển một cấu trúc điều khiển mới để tăng tốc độ phục hồi điện áp cả về giá trị hiệu dụng và dạng sóng điện áp cung cấp cho tải.

82

Equation Chapter 4 Section 1

CHƯƠNG 4. NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI PHÍA TẢI CỦA AVC

Với vai trò thực hiện điều áp tích cực cho các phụ tải quan trọng, việc đảm bảo chất lượng điện áp ở đầu ra của AVC luôn được đặt lên hàng đầu trong các chiến lược điều khiển được phát triển. Với phương án điều khiển hai mạch vòng nối tầng như đã trình bày trong Chương 2 có một giới hạn có thể thấy là đáp ứng điều khiển của vòng điều khiển điện áp phải chậm hơn đáp ứng điều khiển của vòng điều khiển dòng điện và điều này làm giảm chất lượng điều khiển điện áp của bộ biến đổi phía tải AVC. Mô hình điều khiển bộ biến đổi phía tải của AVC trên hệ tọa độ d-q-0 cũng cho thấy sự xuất hiện của các thành phần xen kênh giữa các kênh điều khiển. Do vậy, để nâng cao chất lượng điều khiển bộ biến đổi phía tải của AVC cần phải tìm cách nâng cao tốc độ đáp ứng của vòng điều khiển điện áp và khử tác động xen kênh trong cấu trúc điều khiển véc-tơ. Yếu tố nhiễu tác động lớn nhất đến điện áp cấp cho tải chính là sự biến thiên của điện áp lưới mà thành phần này lại có thể đo được và chúng ta có thể thiết lập vòng điều khiển feed-forward để tăng tốc độ đáp ứng điều khiển đối với sự biến thiên điện áp lưới.

4.1 Thiết kế mạch vòng điện áp theo cấu trúc hai vòng điều khiển song song

Cấu trúc điều khiển nối tầng cho phép dễ dàng thiết kế bộ điều khiển điện áp. Tuy nhiên, như đã trình bày băng thông điều khiển của vòng trong phải lớn hơn từ 5 tới 10 lần băng thông điều khiển của vòng ngoài. Nói cách khác, đáp ứng điều khiển của vòng ngoài phải chậm hơn vòng trong từ 5 tới 10 lần và điều này làm giảm tốc độ đáp ứng điều khiển điện áp của bộ biến đổi phía tải AVC và cấu trúc điều khiển nối tầng không phù hợp khi muốn tốc độ phục hồi điện áp tăng lên. Những phân tích ở Chương 2 cũng cho thấy, do đặc điểm của hàm truyền điện áp và hàm truyền dòng điện là tương tự nên tốc độ đáp ứng của vòng điều khiển điện áp hoàn toàn có thể tiệm cận với tốc độ đáp ứng của vòng điều khiển dòng điện đã thiết kế trong cấu trúc điều khiển nối tầng. Để nâng cao chất lượng điều khiển, ta sử dụng cấu trúc hai vòng điều khiển song song thay cho cấu trúc điều khiển nối tầng.

Cấu trúc điều khiển hai mạch vòng song song như trên Hình 4.1. Trong cấu trúc này, đầu ra của bộ điều khiển điện áp sẽ điều khiển trực tiếp độ rộng xung PWM hay bộ điều chế véc-tơ không gian (SVM) còn đầu ra của bộ điều khiển dòng điện sẽ tác động thay đổi giới hạn đầu ra của bộ điều khiển điện áp. Lượng đặt cho bộ điều khiển dòng điện là mức giới hạn dòng điện. Trong khoảng dòng điện làm việc, giới hạn đầu ra của bộ điều khiển điện áp sẽ ở mức tối đa và hệ thống sẽ hoạt động theo bộ điều khiển điện áp. Khi dòng điện vượt ngưỡng, bộ

83

Hình 4.1 Cấu trúc điều khiển song song

điều khiển dòng điện sẽ tác động để giảm giới hạn đầu ra của bộ điều khiển điện áp và hệ thống làm việc theo bộ điều khiển dòng điện.

Có nhiều cách thiết lập quy tắc giới hạn dòng điện. Có thể thực hiện giới hạn từng thành phần dòng điện riêng biệt. Theo cách này, biên độ dòng điện tổng chỉ chạm tới mức giới hạn khi tất cả các dòng điện thành phần cùng chạm ngưỡng tới hạn. Cách làm này là đơn giản nhất nhưng nó sẽ hạn chế vùng làm việc của bộ biến đổi, một thành phần có thể chạm ngưỡng giới hạn và bộ giới hạn thực hiện giảm điện áp đầu ra nhưng biên độ dòng tổng thì vẫn chưa tới ngưỡng giới hạn.

Một cách làm khác là thực hiện giới hạn biên độ dòng điện tổng. Theo cách này, ta không thực hiện giới hạn từng dòng điện thành phần mà chỉ thực hiện giới hạn với biên độ của véc-tơ dòng điện tổng. Đầu ra của bộ điều khiển dòng điện là biên độ của véc-tơ điện áp và việc giới hạn sẽ được thực hiện theo cách cắt giảm các điện áp thành phần sao cho phương của véc-tơ điện áp trước và sau bộ giới hạn là không đổi.

4.1.1 Thiết kế bộ điều khiển điện áp theo cấu trúc hai mạch vòng song song

Khi bỏ qua các tín hiệu nhỏ và nhiễu của nguồn DC, ta có hàm truyền đối tượng vòng điều khiển điện áp kênh d,q,0 theo các phương trình từ (2.24) tới (2.26) trong Chương 2. Sử dụng bộ điều khiển điện áp dạng PI kết hợp với khâu bù lead-lag để thiết kế bộ điều khiển điện áp.

(4.1)

Khâu bù Leadlag như trên có một điểm không (-z) và một điểm cực (-p), kết hợp với bộ điều khiển PI sẽ triệt tiêu được sai lệch tĩnh. Khâu bù lead-lag làm chậm pha tín hiệu 900 tại tần số nhỏ và góc pha của bộ bù đạt giá trị lớn nhất tại tần số cắt. Sử dụng cách thiết kế theo [103] [104], z và p được xác định qua công thức xác định tần số điểm không và điểm cực của bộ bù như sau:

84

Kp là hệ số tỷ lệ và ωL=2πfL,là hệ số tích phân của bộ điều khiển PI trong đó fL= fc/20 (fc là tần số cắt xác định từ hàm truyền của đối tượng điều khiển), ωz=2πfz, ωp=2πfp với fz và fc được xác định như sau:

(4.2)

a) Thiết kế bộ điều khiển kênh d-q

Ta sẽ chọn độ dự trữ pha và fL lần lượt là 550 và fc/20. Dựa theo thông số đã

Hình 4.2 Đồ thị bode hàm truyền Hud(s), Huq(s)

tính toán mô phỏng, ta có đồ thị bode của hàm truyền Hud(s) và Huq(s) như sau:

Từ đồ thị Hình 4.2 ta thấy độ dự trữ pha hiện đang chỉ có 0.0008140 và tần số cắt xấp xỉ 95 kHz. Ta thiết kế bộ điều khiển sao cho độ dự trữ pha nâng lên được 550.

và độ dự trữ pha hàm truyền đạt là nên pha bộ điều

Với khiển sẽ là , ta sẽ có:

Kp sẽ được tính theo công thức:

85

Trong đó mag1 và mag2 là độ dự trữ pha của đối tượng, bộ điều khiển được

tính thông qua hàm matlab với lệnh như sau:

[mag, phase] = bode(Gđt, 2*pi*fc)

 Theo tính toán, ta có Kp = 0.1392.

Đồ thị bode của đối tượng sau khi có bộ điều khiển như trên Hình 4.3. Ta thấy

Hình 4.3 Đồ thị bode sau khi có bộ điều khiển của kênh d-q.

Hình 4.4 Đồ thị bode hàm truyền Hu0(s) khi không có bộ điều khiển

độ dự trữ pha đạt được là 52,10.

b) Tính toán bộ điều khiển kênh 0

Tương tụ như phần a), ta sẽ có đồ thị bode của kênh 0 như trên Hình 4.4:

86

Ta thấy độ dự trữ pha có 0,006490 và tần số cắt là 47 kHz. Ta sẽ nâng độ dự

trữ pha lên 550 nhờ bộ điều khiển, làm tương tự như mục a) ta có:

Đồ thị bode của đối tượng sau khi có bộ điều khiển như trên Hình 4.5. Ta thấy

Hình 4.5 Hàm truyền đối tượng kênh 0 sau khi có bộ điều khiển

độ dự trữ pha đạt được là 52,10.

4.1.2 Khử tác động xen kênh

Như đã phân tích ở Chương 2, trong hệ tọa độ d-q-0 các đại lượng cần điều khiển là tín hiệu dạng một chiều. Tuy vậy, chuyển sang hệ tọa độ d-q-0 làm xuất hiện các thành phần tác động xen kênh từ d sang q và ngược lại. Các thành phần xen kênh được nêu trong mô hình toán và có thể biểu diễn trong sơ đồ như Hình 4.6. Các thành phần xen kênh do thành phần điện cảm bao gồm Lfilq tác động từ kênh q lên kênh d và Lfild tác động từ d sang q. Các thành phần xen kênh do tụ lọc tác động từ kênh này sang kênh kia như nguồn dòng với Cfucq tác động lên kênh d và Cfucd tác động lên kênh q ( là tần số góc điện áp lưới).

Tác động xen kênh này tạo nên nhiễu từ kênh này sang kênh kia. Để khử tác động xen kênh (hay tách kênh điều khiển) của thành phần xen kênh do điện cảm, đối với sơ đồ điều khiển hai mạch vòng song song ta sử dụng sơ đồ tách kênh cho hai kênh d và q như trên Hình 4.7 cho vòng điều khiển điện áp. Trong đó  là tần số góc điện áp lưới (=2πf) và Lf là điện cảm lọc. Sự biến thiên của tần số lưới sẽ làm cho việc khử tác động xen kênh là không hoàn toàn chính xác nhưng thông thường sự biến thiên này là nhỏ, ở trong khoảng 1% và sai lệch có thể tiếp tục được bù bởi bộ điều khiển.

87

Hình 4.6 Biểu diễn tác động xen kênh trên sơ đồ mạch

Hình 4.7 Cấu trúc điều khiển tách kênh d-q

88

4.2 Thiết kế hệ điều khiển trong điều kiện không đối xứng

4.2.1 Nguyên nhân gây mất đối xứng điện áp cho tải

Các nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng mất đối xứng cho điện áp tải bao

gồm:

- Điện áp lưới mất đối xứng: Suất điện động của máy phát điện luôn luôn đối xứng nhưng điện áp ở phía phụ tải có thể bị mất đối xứng do sụt áp trên đường truyền tải không cân bằng và điện áp trên tải không đối xứng. Các sự cố trên lưới điện với từng pha cũng sẽ gây lồi/lõm điện áp tại phụ tải không đối xứng.

- Dòng điện tải không đối xứng: Dòng điện tải không đối xứng gây ra sụt áp trên dường dây không cân bằng và làm điện áp trên tải mất đối xứng. Khi sử dụng AVC, biến áp nối tiếp thường có trở kháng cao lại càng gây ra sự mất đối xứng điện áp trên tải khi tải không đối xứng.

- Điện áp trên tải bị mất đối xứng có thể về biên độ, mất đối xứng về pha (điện áp ba pha không hoàn lệch nhau 120 độ) hoặc mất đối xứng cả biên độ và góc pha.

4.2.2 Phân tích điện áp thành các thành phần đối xứng

Theo lý thuyết, bất cứ tín hiệu ba pha XA, XB, XC không đối xứng có thể biểu diễn dưới dạng tổng của các thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không đối xứng.

- Hệ thống thứ tự thuận: XA_p, XB_p, XC_p’.

- Hệ thống thứ tự nghịch: XA_n, XB_n, XC_n.

Hình 4.8 Phân tích điện áp không đối xứng thành các thành phần đối xứng (nguồn [16])

- Hệ thống thứ tự không: XA_0, XB_0, XC_0

89

= + + (4.3)

Các thành phần điện áp thứ tự thuận và thứ tự nghịch được xác định như sau:

= (4.4)

Trong đó và .

Phép biến đổi ngược như sau:

= (4.5)

Từng thành phần sẽ được xác định như sau:

= (4.6)

= (4.7)

= (4.8)

Bản chất của các phép biến đổi khi nhận thêm hằng số α và α2 là việc thực hiện quay vector điện áp đang xét trong không gian một góc bằng 1200 và 2400. Trong trường hợp điện áp vẫn đối xứng, ta thấy XA_p được tính bằng cách quay điện áp pha B và C về trùng với pha A rồi tính tổng, tương tự XB_p và XC_p cũng được tính theo cách cộng tổng các vector A-C và A-B sau khi quay trùng về pha tương ứng do đó mà thành phần thứ tự thuận sẽ chỉ ra biên độ trung bình của điện áp ba pha. Với thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không, các vector điện áp được quay nhưng vẫn giữ góc lệch 1200 với các vector điện áp còn lại, do đó khi cộng lại thì sẽ bị triệt tiêu nên thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không luôn luôn bằng không khi điện áp ba pha đối xứng. Trong trường hợp tải mất đối xứng, giá trị biên độ trung bình của ba pha được chỉ ra trong thành phần thứ tự thuận bị suy giảm, các thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không xuất hiện các sai lệch do không còn lệch nhau 1200. Do đó xuất hiện dòng trung tính, sai lệch càng lớn thì biên độ dao động của thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không càng lớn, điều này gây ảnh

90

1

hưởng xấu đến các thiết bị đang sử dụng nguồn điện. Ta sẽ sử dụng những sai lệch này đưa vào bộ xử lý tín hiệu và tính toán để tạo ra tín hiệu điều khiển bộ nghịch lưu.

2

1

2𝜋 3 có thể được phát triển bằng cách sử dụng biến đổi Euler là − − 𝑗 √3 2

2

phức α = 𝑒𝑗 Mấu chốt của phương pháp phân tích là tạo ra được số phức α (Hình 4.9). Số + 𝑗 √3 2

Hình 4.9 Sơ đồ khối tính số phức α

và 𝛼2 = − . Thuật toán j phức tạp có thể coi là một toán tử và nhân một số phức với j làm cho độ lớn của số phức không thay đổi và góc pha tăng 900. Trong thực tế, có thể thu được bằng cách dịch chuyển tín hiệu theo thời gian của 1/4 chu kì tần số cơ bản có nghĩa thực hiện bằng cách trì hoãn tín hiệu gốc đi 1/4 chu kì.

Khi các tín hiệu đã được phân tích thành các thành phần điện áp đối xứng, biến trong thành phần thuận sẽ luôn hiển thị các giá trị DC trong tọa độ d-q-0. Các giá trị thành phần nghịch trong tọa độ d-q-0 cũng có thể được hiển thị dưới dạng đại lượng DC bằng cách xoay tọa độ d-q-0 theo chiều ngược. Các tín hiệu thành phần thứ tự không tuần tự cùng pha với cùng biên độ. Do đó, có thể áp dụng một phép quay không gian -1200 và -2400 cho các pha không có trình tự B và C.

4.2.3 Cấu trúc điều khiển trong điều kiện không đối xứng của nguồn và của tải

Với phân tích như trên, thành phần thứ tự không được biểu diễn thông qua thành phần X0 trong hệ tọa độ d-q-0 quay thuận theo véc-tơ điện áp. Thành phần thứ tự thuận sẽ được biểu diễn bằng đại lượng một chiều nhưng thành phần thứ tự nghịch sẽ là đại lượng xoay chiều với tần số 2ω gây khó khăn cho việc thiết kế bộ điều khiển.

a) Sử dụng bộ điều khiển cộng hưởng

Đối với thành phần thứ tự thuận sai lệch có thể được loại bỏ bởi thành phần tích phân trong bộ điều khiển PI. Thành phần thứ tự nghịch là đại lượng xoay chiều nên sai lệch không loại bỏ được bằng thành phần tích phân trong bộ điều khiển PI. Ta có thể thiết kế bộ điều khiển cộng hưởng để điều khiển thành phần thứ tự nghịch. Cấu trúc điều khiển như trên Hình 4.10.

91

Hình 4.10 Cấu trúc điều khiển kết hợp điều khiển PI và điều khiển cộng hưởng

Đối với các đại lượng xoay chiều, người ta thường sử dụng bộ điều khiển kiểu tỷ lệ cộng hưởng (PR). Trong cấu trúc kết hợp PI và điều khiển cộng hưởng, thành phần tỷ lệ sử dụng chung với bộ điều khiển PI, ta sẽ sử dụng tham số này để thiết kế bộ điều khiển cộng hưởng. Với tần số cộng hưởng bằng hai lần tần số lưới, bộ điều khiển cộng hưởng có hàm truyền như sau:

(4.9)

Trong điều kiện tiêu chuẩn, với lưới điện Việt Nam có tần số 50Hz ta chọn 0=2πf=100π. Bộ điều khiển cộng hưởng RR trong hệ tọa độ tĩnh tương đương với một tham số tích phân trong hệ tọa độ đồng bộ, nên có thể đạt được sai lệch bằng không tại tần số cộng hưởng.

Khi xem xét tới điều kiện hoạt động thực tế của AVC là tần số lưới luôn luôn

biến thiên, để tăng tính bền vững, ta sửa đổi bộ điều khiển thành [105]:

(4.10)

Với c là băng thông cộng hưởng, theo tiêu chuẩn điện áp lưới tại Việt Nam mức độ dao động tần số là (500,5)Hz, nên ta chọn c=2π.

92

b) Điều khiển thành phần thứ tự nghịch trong hệ tọa độ quay ngược

Hình 4.11 Cấu trúc điều khiển sử dụng hai hệ tọa độ quay thuận và ngược

Trong hệ tọa độ quay thuận thì thành phần thứ tự nghịch là đại lượng xoay chiều nhưng trong hệ tọa độ quay ngược thì nó lại là thành phần một chiều. Do vậy, ta có thể bổ sung thêm hệ tọa độ quay ngược để điều khiển thành phần thứ tự nghịch như trường hợp điều khiển các thành phần thứ tự thuận trên hệ tọa độ quay thuận. Cấu trúc điều khiển theo phương án này như trên Hình 4.11.

Trong hệ tọa độ quay ngược, mặc dù thành phần thứ tự nghịch là đại lượng một chiều nhưng thành phần thứ tự thuận lại là đại lượng xoay chiều với tần số 2ω. Để khử ảnh hưởng của thành phần thứ tự thuận có hai cách:

- Cách thứ nhất là thiết kế bộ điều khiển tương tự như cách thiết kế thành phần thứ tự thuận trong mục 4.1.1 nhưng với băng thông điều khiển nhỏ hơn 2ω, có nghĩa là chọn fc nhỏ hơn 100Hz. Khi đó, tín hiệu xoay chiều của thành phần thứ tự thuận sẽ bị lọc bỏ và không ảnh hưởng tới vòng điều khiển thành phần thứ tự nghịch. Tuy nhiên, việc thiết kế bộ điều khiển với băng thông nhỏ đồng nghĩa với việc chấp nhận đáp ứng điều khiển chậm và nó mâu thuẫn với yêu cầu điều khiển của AVC.

- Cách thứ hai là sử dụng bộ điều khiển tương tự thành phần thứ tự thuận nhưng với tín hiệu đặt cho hai mạch vòng điều khiển thành phần thứ thự nghịch U* -d và U* -q là tín hiệu xoay chiều với tần số 2ω và biên độ đúng bằng thành phần thứ tự thuận. Khi đó bộ điều khiển sẽ chỉ còn tác động đối với thành phần thứ tự nghịch.

4.2.4 Feed-forward điện áp lưới để tăng tốc độ đáp ứng

Để tăng tốc độ đáp ứng với các biến động điện áp lưới, bộ điều khiển điện áp sẽ có một mạch vòng điều khiển điện áp sử dụng bộ điều khiển PI với feed-forward điện áp lưới. Cấu trúc điều khiển như vậy được biểu diễn trên Hình 4.12.

93

Hình 4.12 Cấu trúc vòng điều khiển điện áp với feedforward điện áp lưới

Với cấu trúc điều khiển feed-forward, lý tưởng nhất là có thể thiết kế hàm truyền của GF(s) là nghịch đảo của hàm truyền đối tượng. Tương ứng với mỗi thành phần điện áp trong hệ tọa độ d-q-0 ta sẽ có một bộ bù feed-forward. Với trục d, ta có hàm truyền bộ bù feed-forward sẽ là:

(4.11)

Từ (2.24) ta có:

(4.12)

Tương tự đối với các thành phần trục q và trục 0.

Có thể nhận thấy hàm truyền có tham số Q biến thiên phụ thuộc tải với điểm cực nằm bên trái mặt phẳng phức nên thuộc loại ổn định. Tương tự như thiết kế các bộ điều khiển phản hồi, ta thực hiện thiết kế cho trường hợp không tải, các nhiễu do tải và sai lệch mô hình sẽ được khắc phục bởi vòng điều khiển phản hồi đã thiết kế ở trên. Tuy nhiên, ngay cả trong trường hợp không tải, khi tải của bộ biến đổi phía tải lúc này rất nhỏ thì hàm truyền bộ bù cũng vẫn có bậc của tử số lớn hơn mẫu số nên thuộc loại không thích hợp (non-proper), không có tính nhân quả. Sử dụng kỹ thuật phân tách nhân quả/phản nhân quả bằng biến đổi Laplace hai phía hoặc biến đổi z hai phía (nếu phân tích trong miền z), ta có thể xây dựng hàm truyền xấp xỉ nghịch đảo của Hu(s) hoặc Hu(z). Nếu tính tới cả ảnh hưởng của tải, ta cần xây dựng một cấu trúc điều khiển nghịch đảo thích nghi để liên tục điều chỉnh mô hình sao cho nó bám sát với đối tượng điều khiển. Trong thực tế với một mức độ đáp ứng nhất định, bỏ qua thành phần bậc cao để giảm khối lượng tính toán GF(s) có thể được chọn bằng bộ bù lead-lag như sau:

(4.13)

94

Khi không tải, ta có Ritai = R1+RM và do vậy . Rf là điện trở

cuộn kháng lọc nên thường rất nhỏ so với RM và ta có thể coi H0d1 và lúc này hàm truyền bộ bù điện áp kênh d được gần đúng như sau:

(4.14)

Để chỉnh định bộ điều khiển feed-forward này, ta sẽ giữ ωzd và chỉnh ωpd.

4.3 Mô phỏng và kiểm chứng

Hình 4.13 Mô hình mô phỏng trên Matlab-Simulink và Plecs

Xây dựng mô hình mô phỏng AVC như thiết kế trong Chương 3 trên MATLAB Simulink và Plecs với cấu trúc điều khiển đã phát triển trong chương này. Tiến hành mô phỏng kiểm chứng thiết kế điều khiển. Mô hình mô phỏng trên MATLAB Simulink và Plecs như Hình 4.13.

Giả thiết giá trị điện áp lưới bằng:

Ta sẽ xem xét khả năng đáp ứng của hệ thống trong trường hợp điện lưới bị sụt áp ba pha không cân bằng. Tiến hành mô phỏng hệ thống trên Matlab/Simulink trong thời gian 0,6s. Điện áp lưới ba pha tại các trường hợp xảy ra sự cố điện áp:

95

- Trường hợp 1: Tại thời điểm 0,36s, điện áp pha B của nguồn sụt 155V và

sau 0.46s thì điện áp nguồn trở lại cân bằng.

- Trường hợp 2: Tại thời điểm 0,36s, điện áp pha A và pha B của nguồn lần lượt sụt 40V và 120V. Sau 0.46s thì điện áp nguồn trở lại cân bằng.

- Trường hợp 3: Tại thời điểm 0,36s, điện áp pha A, pha B và pha C của nguồn lần lượt sụt 40V, 60V và 30V. Sau 0.46s thì điện áp nguồn trở lại cân bằng.

a) Kết quả với sụt áp 1 pha

Kết quả mô phỏng đáp ứng của hệ thống với sụt áp một pha được thể hiện trên

Hình 4.14 Điện áp lưới khi sụt áp 1 pha tại thời điểm 0,36s

Hình 4.15 Điện áp sau bộ nghịch lưu bù khi sụt áp 1 pha trên lưới tại thời điểm

0,36s

Hình 4.14, Hình 4.15, Hình 4.16, Hình 4.17 và Hình 4.18.

96

Hình 4.16 Điện áp tải trường hợp sụt áp 1 pha trên lưới

Hình 4.17 Điện áp tải trên hệ tọa độ d-q-0

Hình 4.18 Đánh giá THD điện áp đầu ra bộ nghịch lưu khi bù điện áp lưới

97

● Nhận xét:

- Điện áp đầu ra ổn định trong thời gian ngắn khoảng 1/4 chu kỳ so với cấu trúc hai mạch vòng nối tầng ở Chương 2 có thời gian đạt ổn định hơn 1 chu kỳ điện áp lưới trong mô phỏng và hơn 2 chu kỳ điện áp lưới trong thí nghiệm. Kết quả này đúng với lý thuyết là thời gian đáp ứng của mạch vòng điều khiển điện áp trong cấu trúc hai mạch vòng song song có thể tiệm cận tới tốc độ đáp ứng của mạch vòng điều khiển dòng điện trong cấu trúc hai mạch vòng nối tầng, có nghĩa là nhanh hơn mạch vòng điều khiển điện áp ở vòng ngoài khoảng 5 lần.

- Xét trên hệ tọa độ d-q-0, giá trị điện áp ra có sự biến thiên quanh giá trị điện áp đặt với biên độ nhỏ, khoảng 2%.

- Xét điện áp đầu ra nghịch lưu khi bù, điện áp ra đã tạo đủ biên độ để bù sụt áp trên lưới và điện áp ra cũng cùng pha-tần số với điện áp lưới khi bù. Trong trường hợp bù sụt áp 1 pha, điện áp pha B tạo ra có biên độ là 310V. Phù hợp với lý thuyết khi ta sử dụng máy biến áp có tỷ số là ½.

- Xét đánh giá THD của điện áp ra bộ nghịch lưu, ta thấy điện áp bù có chỉ số tổng méo hài có giá trị 1.07% nhỏ hơn yêu cầu chỉ số tổng méo hài khi hòa lưới là 5%. Do đó, bộ bù nghịch lưu đáp ứng được yêu cầu nối lưới.

b) Sự cố sụt áp 2 pha không cân bằng

Kết quả mô phỏng đáp ứng của hệ thống với sụt áp hai pha không cân bằng

Hình 4.19 Điện áp lưới khi sụt áp 2 pha tại thời điểm 0,36s

được thể hiện trên Hình 4.19, Hình 4.20. Hình 4.21, Hình 4.22 và Hình 4.23.

98

Hình 4.20 Điện áp sau bộ nghịch lưu bù khi sụt áp 2 pha trên lưới tại thời điểm

0,36s

Hình 4.21 Điện áp tải trường hợp sụt áp 2 pha trên lưới

99

Hình 4.22 Điện áp tải trên hệ tọa độ dq0

Hình 4.23 Đánh giá THD điện áp đầu ra bộ nghịch lưu khi bù điện áp lưới

● Nhận xét:

- Điện áp đầu ra ổn định trong thời gian ngắn khoảng 1/4 chu kỳ so với cấu trúc hai mạch vòng nối tầng ở Chương 2 có thời gian đạt ổn định hơn 1 chu kỳ điện áp lưới trong mô phỏng và hơn 2 chu kỳ điện áp lưới trong thí nghiệm. Kết quả này đúng với lý thuyết là thời gian đáp ứng của mạch vòng điều khiển điện áp trong cấu trúc hai mạch vòng song song có thể tiệm cận tới tốc độ đáp ứng của mạch vòng điều khiển dòng điện trong cấu trúc hai mạch vòng nối tầng, có nghĩa là nhanh hơn mạch vòng điều khiển điện áp ở vòng ngoài khoảng 5 lần.

- Xét trên hệ tọa độ d-q-0, giá trị điện áp ra có sự biến thiên quanh giá trị điện áp đặt với biên độ nhỏ, khoảng 2%.

- Xét điện áp đầu ra nghịch lưu khi bù, điện áp ra đã tạo đủ biên độ để bù sụt áp trên lưới và điện áp ra cũng cùng pha-tần số với điện áp lưới khi bù. Trong

100

trường hợp bù sụt áp 2 pha, điện áp pha A tạo ra có biên độ là 80V, điện áp pha B tạo ra có biên độ là 240V. Phù hợp với lý thuyết khi ta sử dụng máy biến áp có tỷ số là 1/2.

- Xét đánh giá THD của điện áp ra bộ nghịch lưu, ta thấy điện áp bù có chỉ số tổng méo hài có giá trị là 0,19% và 0,56% nhỏ hơn yêu cầu chỉ số tổng méo hài khi hòa lưới là 5%. Do đó, bộ bù nghịch lưu đáp ứng được yêu cầu nối lưới.

c) Sự cố sụt áp 3 pha không cân bằng

Kết quả mô phỏng đáp ứng của hệ thống với sụt áp ba pha không cân bằng

Hình 4.24 Điện áp lưới khi sụt 3 pha tại thời điểm 0,36s

Hình 4.25 Điện áp sau bộ nghịch lưu bù khi sụt áp 3 pha trên lưới tại thời điểm

0,36s

được thể hiện trên Hình 4.24, Hình 4.25, Hình 4.26, Hình 4.27 và Hình 4.28

101

Hình 4.26 Điện áp tải trường hợp sụt áp 3 pha trên lưới

Hình 4.27 Điện áp tải trên hệ tọa độ dq0

102

Hình 4.28 Đánh giá THD điện áp đầu ra bộ nghịch lưu khi bù điện áp lưới

● Nhận xét:

- Điện áp đầu ra ổn định trong thời gian ngắn khoảng 1/4 chu kỳ nhanh hơn so với khoảng thời gian 1,5 chu kỳ so với cấu trúc hai mạch vòng nối tầng ở Chương 2 có thời gian đạt ổn định hơn 1 chu kỳ điện áp lưới trong mô phỏng và hơn 2 chu kỳ điện áp lưới trong thí nghiệm. Kết quả này đúng với lý thuyết là thời gian đáp ứng của mạch vòng điều khiển điện áp trong cấu trúc hai mạch vòng song song có thể tiệm cận tới tốc độ đáp ứng của mạch vòng điều khiển dòng điện trong cấu trúc hai mạch vòng nối tầng, có nghĩa là nhanh hơn mạch vòng điều khiển điện áp ở vòng ngoài khoảng 5 lần.

- Xét trên hệ tọa độ d-q-0, giá trị điện áp ra có sự biến thiên quanh giá trị điện áp đặt với biên độ nhỏ, khoảng 2%.

- Xét điện áp đầu ra nghịch lưu khi bù, điện áp ra đã tạo đủ biên độ để bù sụt áp trên lưới và điện áp ra cũng cùng pha-tần số với điện áp lưới khi bù. Trong trường hợp bù sụt áp 2 pha, điện áp pha A tạo ra có biên độ là 80V, điện áp pha B tạo ra có biên độ là 120V và điện áp pha C tạo ra có biên độ là 60V. Phù hợp với lý thuyết khi ta sử dụng máy biến áp có tỷ số là 1/2.

- Xét đánh giá THD của điện áp ra bộ nghịch lưu, ta thấy điện áp bù có chỉ số tổng méo hài có giá trị là 0,65%, 0,3% và 0,72% nhỏ hơn yêu cầu chỉ số tổng méo hài khi hòa lưới là 5%. Do đó, bộ bù nghịch lưu đáp ứng được yêu cầu nối lưới.

103

Kết luận chương 4:

Trong Chương 4 đã trình bày cấu trúc điều khiển hai mạch vòng song song cho phép tăng tốc độ đáp ứng của mạch vòng điều khiển điện áp. Do đặc điểm của hàm truyền điện áp và hàm truyền dòng điện có cùng phương trình đặc tính nên với cấu trúc hai mạch vòng song song này tốc độ đáp ứng của vòng điều khiển điện áp có thể tiệm cận với tốc độ đáp ứng của vòng điều khiển dòng điện trong cấu trúc điều khiển nối tầng và do vậy điện áp có thể phục hồi nhanh hơn gần 5 lần. Kết hợp với tách kênh và điều khiển feed-forward điện áp lưới, đáp ứng của điện áp đầu ra trên tải được cải thiện một cách rõ rệt. Kết quả mô phỏng cho thấy:

- Thời gian đáp ứng của điện áp đầu ra AVC là 1/4 chu kỳ điện áp lưới.

- Điện áp điều chế ra có thành phần THD < 5%.

- Bộ biến đổi phía tải AVC hoạt động theo đúng lý thuyết đề ra.

Với tốc độ phục hồi điện áp này sẽ cho phép AVC đáp ứng yêu cầu làm việc của những phụ tải nhạy cảm nhất trong công nghiệp từ đó góp phần hạn chế tới mức tối đa những thiệt hại do hiện tượng lồi/lõm điện áp trên lưới gây ra với các nhà máy sản xuất công nghiệp.

104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Luận án đã trình bày những phân tích về hoạt động của bộ biến đổi phía tải của AVC, phân tích những yêu cầu về hoạt động của bộ biến đổi phía tải trong điều kiện không đối xứng của cả nguồn lưới và phụ tải từ đó đề xuất việc ứng dụng cấu trúc mạch lực kiểu cầu ba pha bốn nhánh thay thế cấu trúc ba cầu một pha cho bộ biến đổi phía tải của AVC nhằm mục tiêu giảm thiểu số van bán dẫn IGBT. Luận án cũng đã xây dựng mô hình toán học của bộ biến đổi phía tải sử dụng cầu ba pha bốn nhánh, phân tích yêu cầu về điều khiển qua đó đề xuất cấu trúc điều khiển véc- tơ trong hệ tọa độ d-q-0 có thể điều khiển được cả thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không khi điện áp lưới và/hoặc tải không đối xứng. Một cấu hình điều khiển feed-forward nhằm nâng cao tốc độ đáp ứng của bộ biến đổi phía tải khi xảy ra biến động điện áp lưới cũng đã được đề cập tới khi phát triển cấu trúc điều khiển mới cho AVC.

Các đóng góp mới của luận án bao gồm: 1. Đề xuất cấu trúc mạch lực của bộ biến đổi phía tải của AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van, mô hình hóa bộ biến đổi phía tải của AVC dùng nghịch lưu ba pha bốn nhánh trên hệ tọa độ quay d-q-0 hoạt động trong điều kiện nguồn lưới và/hoặc tải không đối xứng.

2. Xây dựng cấu trúc điều khiển véc-tơ trên hệ tọa độ d-q-0 có thể điều khiển được cả thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không khi điện áp lưới và/hoặc tải không đối xứng qua đó nâng cao chất lượng điều khiển cho bộ biến đổi phía tải của AVC. Phương pháp điều khiển feed-forward điện áp lưới cũng đã được áp dụng để nâng cao tốc độ đáp ứng với biến động điện áp lưới.

Kết quả nghiên cứu của luận án cũng cho thấy những vấn đề cần được tiếp tục

nghiên cứu và hoàn thiện trong tương lai bao gồm:

1. Điều khiển feed-forward điện áp lưới sẽ cho kết quả tốt nhất khi hàm truyền điều khiển bằng nghịch đảo của hàm truyền đối tượng nên nếu xây dựng được thuật toán điều khiển nghịch đảo sao cho hàm truyền bám sát với đối tượng thực tế sẽ mang lại đáp ứng nhanh hơn nữa của hệ thống với chất lượng điều khiển cao. Vấn đề này có thể cần được nghiên cứu trong tương lai.

2. Sự xuất hiện của sóng hài và ảnh hưởng của sóng hài được phản ánh qua điện áp đo về và hệ điều khiển ít nhiều sẽ có những tác động nhất định đối với nó. Tuy nhiên vấn đề về sóng hài chưa được đề cập và khảo sát trong luận án và những nghiên cứu về yêu cầu băng thông điều khiển lớn để có thể triệt tiêu ảnh hưởng của sóng hài chưa được thực hiện và cần được tiếp tục nghiên cứu trong tương lai.

105

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

[1] Vu Hoang Phuong, Tran Trong Minh, Vu Thi Ngoc Van, Nguyen Huy Phuong and Nguyen Quang Dich (2017), “A Linear Control for Active Voltage Conditioner”, Page 185-190, The 3rd ASEAN Smart Grid Congress & The 5th International Conference on Sustainable Energy.

[2] Van Vu Thi Ngoc, Ngoc Nguyen Dinh, Thành Nam, Minh Tran Trong, Dang Pham Quang and Phuong Nguyen Huy (2019), “Xây dựng hệ thống thử nghiệm cho bộ Điều áp liên tục”, Hội nghị-Triển lãm quốc tế lần thứ 5 về điều khiển và tự động hóa VCCA-2019, Page 11.1-11.7, 6- 7/9/2019, Cung Văn hóa Hữu nghị Hà Nội, 91 Trần Hưng Đạo, Hoàn Kiếm, Hà Nội.

[3] Phuong Vu, Vu Thi Ngoc Van, Quan Nguyen, Nguyen Quang Dich, Minh Tran (2020), “Design and Implementation of Active Voltage Conditioner in Low-Voltage Distribution System”, J. Electrical Systems 16-4 (2020): 569-581, http://journal.esrgroups.org/jes/paper/16-9.pdf (ISI-Q3).

[4] Vu Thi Ngoc Van, Nguyen Dinh Ngoc, Nguyen Huy Phương, Vu Hoang Phuong, Nguyen Quang Dich, Tran Trong Minh (2021), “Fully DSP-Based Control of an Active Voltage Conditioner”, Journal of Science and Technology (JST): Smart Systems and Devices (hust.edu.vn), Volume 31, Issue 1, May 2021, Page 116-123, https://jst.hust.edu.vn/journals/jst.150.ssad.2021.31.1.15.

[5] Vũ Thị Ngọc Vân, Vũ Hoàng Phương*, Phạm Quang Đăng, Nguyễn Huy Phương, Nguyễn Quang Địch (2023), “Nghiên cứu thuật toán phát hiện sự cố điện áp lưới trong hệ điều khiển bộ điều áp liên tục”, Measurement, Control, and Automation, Vol 4 (2) (2023), ISSN 1859- 0551, https://mca-journal.org.

106

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] H.-L. Jou, J.-C. Wu, K.-D. Wu, C. Tsai and Y.-T. Kuo, "A new control algorithm of active power line conditioner for improving power quality," Electronics Power Systems Research, vol. 70, no. 01, p. 6, 2004.

[2] Hailian Xie, "On Power-system Benefits, Main-circuit Design, and Control of StatComs with Energy Storage," ISBN 978-91-7415-326-2 ISSN 1653- 5146 TRITA–EE 2009:016.

in

[3] Ian Wallace, Ashish Bendre, Jonathan P. Nord and Giri Venkataramanan, "A Unity-Power-Factor Three-Phase PWM SCR Rectifier for High-Power the Metal Industry," IEEE TRANSACTIONS ON Applications INDUSTRY APPLICATIONS,, vol. 38, no. 4, JULY/AUGUST 2002.

[4] R. C. Dugan, M. F. Mc Granaghan, S. Santoso and H. W. Beaty, Electric

power systems quality, MCGrawHill, 2002.

[5] A. Baggini, Handbook of Power Quality, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England: John Wiley & Sons Ltd, 2008.

[6] A. Moreno-Muñoz, Power Quality: Mitigation Technologies in a

Distributed Enviroment, Springer, 2007.

[7] Grzegorz Benysek and Ryszard Strzelecki, Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008.

[8] Ravinder Singh Bhatia, S. P. Jain, Dinesh Kumar Jain and Bhim Singh, "Battery Energy Storage System for Power Conditioning of Renewable Energy Sources," 0-7803-9296-s/05/$20.00 © 2005 IEEE.

[9] C.E. Lin, Y.S. Shiao, C.-L. Huang and P.S. Sung, "A Real and Reactive Power Control Approach for Battery Energy Storage System," Transaction on Power Systems, vol. 7, no. 3, August 1992.

[10] K.K. Leung and D. Sutanto, "Using Battery Energy Storags System in a Deregulated Environment to Improve Power System Performance," Paper accepted for presentation at the International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies 2000, City University, London, 4-7 April 2000. 0-7803-5902-X/00/$10.00 02000 IEEE.

107

[11] I. Kheirizad, M.H. Varahram, S. Soltani, M.R. Jahed Motla and A.A.Toladvard, "Simulation and Modeling of Superconducting Magnetic Energy Storage for Power Engineering," 1-4244-0645-5/07/$20.00©2007 IEEE.

[12] M.V. Aware and D. Sutanto, Senior Member, IEEE, "Integration of Energy Storages in the Power System for Power Quality Improvement," Index Terms--: Power Quality, STATCOM, SMES, BESS.

[13] Hailian Xie, Lennart Ängquist and Hans-Peter Nee, "Active Power Compensation of Voltage Source Converters with Energy Storage Capacitors," 2006 IEEE PES Power Systems Conference and Exposition.

[14] Hailian Xie, "Voltage Source Converters with Energy Storage Capability," ISBN 91-7178-523-X ISBN 978-91-7178-523-7 ISSN 1653-5146, TRITA– EE 2006:057.

[15] M. P. Kazmierkowski, R. Krishnan and F. Blaabjerg, Control in Power

Electronics, California: Academic Press, 2002.

[16] Richard Zhang, High performance power converter systems for nonlinear and unbalanced load/source, Blacksburg, Virginia: Doctor of Philosophy in Electrical and Computer Engineering, November 17, 1998.

[17] Ali Emadi, Abdolhosein Nasiri and Stoyan B. Bekiarov, Uninterruptible power supplies and active filters, Chicago, Illinois: CRC Press LLC, 2005.

[18] E. Acha, V. G. Agelidis, O. Anaya-Lara and T. J. E. Miller, Power

Electronic Control in Electrical Systems, Oxford: Newnes, 2002.

[19] Y.-J. Wang and R. M. O' Connell, "Voltage-Type Active Power Line Conditioner Based on A novel Neural Network Control Scheme," in 25th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, San Jose, USA, 1999.

[20] Chi-Seng Lam, Man-Chung Wong and Senior Wai-Hei Choi, "Design and Performance of An Adaptive Low DC Voltage Controlled LC-Hybrid Active Power Filter With A Neutral Inductor in Three-Phase Four-Wire Power Systems," Copyright (c) 2013 IEEE.

[21] Mariusz Cichowlas, Mariusz Malinowski, Marian P. Kazmierkowski, Fellow, Dariusz L. Sobczuk, Pedro Rodríguez and Josep Pou, "Active Filtering Function of Three-Phase PWM Boost Rectifier Under Different

108

Line Voltage Conditions," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 52, no. 2, April 2005.

[22] Yi Tang, Poh Chiang Loh, Peng Wang and Fook Hoong Cho, "Generalized Design of High Performance Shunt Active Power Filter With Output LCL Filter," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 59, no. 3, March 2012.

[23] Y.-M. Chen and R. M. O'Connell, "Active Power Line Conditioner with a Neural Network Control," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 33, no. 4, 1997.

[24] V. Khadkiha and A. Chandra, "A Novel Control Aproach for Unified Power Quality Conditioner - Q without Active Power Injection for Voltage Sag Compensation," in IEEE International Conference on Industrial Technology, Mumbai, India, 2006.

[25] J. Lu, X. Xiao, J. Zhang and Y. Lv, "A Novel Constant Active-current Limit Coordinated Control Strategy Improving Volyage Sag Mitigation for Modular Multi-level Inverter-based Unified Power Quality Conditioner," Electric Power Component and Systems, pp. 1-11, 2016.

[26] P. Salmeron, J. C. Montano, J. R. Vasquez, J. Prieto and A. Perez, "Compensation in Nonsinusoidal, Unbalanced Three-Phase Four-Wire Systems With Active Power-Line Conditioner," IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 19, no. 4, 2004.

[27] S. Jothibasu and M. K. Mishra, "A Control Scheme for Stogrageless DVR Based on Characterization of Voltage Sag," IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 29, no. 5, pp. 2261-2269, 2014.

[28] https://ustpower.com/sag-fighter/, "UST SagFighter," Utility Systems

Technologies, Inc, NY, 2015.

[29] UST, "SagFighter™ Active Voltage Conditioner / Sag Ride Through

(SRT)," Utility Systems Technologies, Inc, 2015.

[30] E. Babaei(C.A.) and M. R. Farzinnia, "A New Topology for Interline Dynamic Voltage Restorer Based on Direct Three-Phase Converter," Iranian Journal of Electrical & Electronic Engineering, vol. 12, no. 1, March 2016.

109

[31] Rakeshwri Pal and Dr. Sushma Gupta, "State of the art: dynamic Voltage restorer for power quality improvement," Electrical & Computer Engineering: An International Journal (ECIJ), vol. 4, no. 2, June 2015.

[32] Rixin Lai, "Analysis and Design for a High Power Density Three-Phase AC Converter Using SiC Devices," December 10, 2008. Blacksburg, Virginia.

Converter," Digital Object

[33] Rixin Lai, Fred Wang, Puqi Ning, Di Zhang, Dong Ji, Rolando Burgos, Dushan Boroyevich, Kamiar J.Karimi and Vikram D.Immanuel, " High- Identifier Power-Density 10.1109/MIE.2010.938722.

[34] M. François FOREST, M.Philippe LADOUX, M. Serge BONTEMPS, M. Stéphane LEFEBVRE, M. Jean-Paul FERRIEUX and M. Jérémy MARTIN. , "Design and Characterization of a Three-phase Current Source Inverter using 1.7kV SiC Power Devices for Photovoltaic Applications," 2019.

[35] Riku Pollnen, " Converter-Flux-Based current control of voltage source PWM rectifiers-analysis and implementation.," Lappeenranta University of Technology, Lappeenranta, Finland, 12th of December, 2003.

[36] Zhongjing Wang, "Design and Validation of A High-Power, High Density All Silicon Carbide Thr Carbide Three-Level Inverter," Master of Science in Electrical and Computer Engineering, July 2021 University of Arkansas.

[37] Ian Laird, Xibo Yuan, James Scoltock and Andrew Forsyth, A Design Optimisation Tool for Maximising the Power Density of 3-Phase DC-AC Converters Using Silicon Carbide (SiC) Devices, IEEE Transactions on Power Electronics, https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2705805, 2017.

[38] Flabio Alberto, Bardemaker Batista and Ivo Barbi, "Space Vector to Three-Phase Three-Switch Two-Level Modulation Applied Unidirectional PWM Rectifier," IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, vol. 22, no. 6, NOVEMBER 2007.

[39] K. H. Ahmed, S. J. Finney and B. W. Williams, "Passive Filter Design for Three-Phase Inverter Interfacing in Distributed Generation," Journal of Electrical Power Quality and Utilisation, vol. XIII, no. 2, 2007.

[40] R. N. Beres, X. Wang, M. Liserre and F. B. C. L. Blaabjerg, "A Review of Passive Power Filters for Three-Phase Grid Connected Voltage-Source

110

Converters," I E E E Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics DOI 10.1109/JESTPE.2015.2507203, 2016.

[41] Aleksi Mattsson, A. Lana, P. Nuutinen, V. Väisänen, P. Peltoniemi, T.Kaipia, P. Silventoinen and J. Partanen, "Galvanic Isolation and Output LC Filter Design for the Low-Voltage DC Customer-End Inverter," 1949- 3053 © 2014 IEEE.

[42] Marcin Żelechowski, "Space Vector Modulated – Direct Torque Controlled (DTC –SVM) Inverter – Fed Induction Motor Drive," Thesis supervisor Prof. Dr Sc. Marian P. Kaźmierkowski, Warsaw – Poland, 2005.

[43] Zhiyuan Ma, Rui Li, Dehong Xu, Chengrui Du and Xu Zhang, "A Novel DC-side Zero Voltage Switching (ZVS) Three-Phase Boost PWM Rectifier Controlled by an Improved SVM Method," Copyright (c) 2011 IEEE.

[44] S. V. Brovanov and S. A. Kharitonov, "Vector PWM Implementation in a Three-Phase, Three-Level Rectifier," ISSN 1068-3712, Russian Electrical Engineering,, vol. 79, no. 6, pp. 33-38, 2008.

[45] B.-D.Min, B.-H.Kwon and J .-H.Youm, "SVM-based hysteresis current controller for three-phase PWM rectifier," IEE Proc.-Electr. Power Appl.., vol. 146, no. 2, March 1999.

[46] H. Kanaan, K. Al-Haddad and F. Fnaiech, "Modelling and control of three- phase/switch/level fixed-frequency PWM rectifier: state-space averaged model," IEE Proc.-Electr. Power Appl, vol. 152, no. 3, May 2005.

[47] Marek Jasin´ski, Grzegorz Wrona and Szymon Piasecki, "Control of Grid Connected Converter (GCC) Under Grid Voltage Disturbances," Springer International Publishing Switzerland 2014, DOI: 10.1007/978-3-319- 03401-0_3.

[48] Salvador Alepuz, Sergio Busquets-Monge, Josep Bordonau, Juan A. Martínez-Velasco, César A. Silva, Jorge Pontt and José Rodríguez, "Control Strategies Based on Symmetrical Components for Grid- Connected Converters Under Voltage Dips," IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS,, vol. 56, no. 1, JUNE 2009.

[49] Jukka Kaukonen, "Salient Pole Synchronous Machine Modelling in an Industrial Direct Torque Controlled Drive Application," ISBN 951-764- 305-5, ISSN1456-4491, Lappeenranta 1999.

111

[50] Patrycjusz Antoniewicz and Marian P. Kazmierkowski, "Virtual-Flux- Based Predictive Direct Power Control of AC/DC Converters With Online Inductance Estimation," IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, vol. 55, no. 12, DECEMBER 2008.

[51] Azziddin M. Razali and M.A. Rahman, "Performance Analysis of Three- Phase PWM Rectifier Using Direct Power Control," 2011 IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC).

[52] Azziddin M. Razali, Adel Aktaibi and M.A. Rahman, "Simulation Study of Three-Phase PWM Rectifier Based on Direct Power Control with Grid Voltage Sensorless Strategies," IEEE Transactions on Industrial Electronics 51(2), pp. 447 – 454, DOI:10.1109/TIE.2004.825278, May 2004.

[53] Mariusz Malinowski, Marek Jasin´ski and Marian P. Kazmierkowski, "Simple Direct Power Control of Three-Phase PWM Rectifier Using Space-Vector Modulation (DPC-SVM)," IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, vol. 51, no. 2, p. APRIL 2004.

[54] M. Malinowski, "Sensorless Control Strategies for Three - Phase PWM

Rectifiers," Warsaw, Poland, 2001.

[55] Hamid Eskandari-Torbato and Dovood A. Khabuni, "Dead beat control of three phase PWM rectifier using virtual flux based Direct Power Control (DPC) and with no line voltage," DOI: 10.1109/PEDSTC.2015.709330, April 2015.

[56] A. Ketabi, M. Farshadnia, M. Malekpour and R. Feuilet, "A New Control Strategy for Active Power Line Conditioner (APLC) using Adaptive Notch Filter," Electrical Power and Energy System, vol. 47, pp. 21-40, 2013.

[57] Abdelouahab Bouafia, Jean-Paul Gaubert and Fateh Krim, "Design and implementation of predictive current control of three-phase PWM rectifier using space-vector modulation (SVM)," 2010 Elsevier 2010 Elsevier Ltd, doi:10.1016/j.enconman©2010.05.01.

[58] Abdelouahab Bouafia, Jean-Paul Gaubert and Fateh Krim, "Predictive Direct Power Control of Three-Phase Pulsewidth Modulation (PWM) Rectifier Using Space-Vector Modulation (SVM)," IEEE Transactions on Power Electronics, February 2010,DOI: 10.1109/TPEL.2009.2028731.

[59] Marian Kazmierkowski, "Direct power control of three-phase PWM IEEE rectifier using space vector modulation-simulation study,"

112

TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL INFORMATICS, vol. 7, no. 2, MAY 2011.

[60] Marian Kazmierkowski, "Virtual-flux-based direct power control of three- INDUSTRY IEEE TRANSACTIONS ON rectifiers,"

phase PWM APPLICATIONS, vol. 37, no. 4, JULY/AUGUST 2001.

[61] Mariusz Malinowski, Sebastian Stynski, Wojciech Kolomyjski and Marian P. Kazmierkowski, "Control of Three-Level PWM Converter Applied to Variable Speed-Type Turbines," IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, vol. 56, no. 1, JANUARY 2009.

[62] Mariusz Malinowski, Marian P. Kazmierkowski, Steffan Hansen, Frede Blaabjerg and G. D. Marques, "Virtual-Flux-Based Direct Power Control of Three-Phase PWM Rectifiers," IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, vol. 37, no. 4, JULY/AUGUST 2001.

[63] Daniel Wojciechowski, "Predictive control of three‐phase PWM rectifier with active filtering," Journal of the Chinese Institute of Engineers, vol. 30, no. 7, pp. 1187-1195, 2007.

[64] Patricio Cortes, Marian P. Kazmierkowski, Ralph Kennel, Daniel E. Quevedo and Jose Rodrıguez, "Predictive Control in Power Electronics and Drives," IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55(12), pp. 4312- 4324..

[65] Samir Kouro, Patricio Cortés, René Vargas, Ulrich Ammann and José Rodríguez, "Model Predictive Control—A Simple and Powerful Method to Control Power Converters," IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, vol. 56, no. 6, JUNE 2009.

[66] Grzegorz Wrona and Marek Jasinski, "AC-DC Converter with Asymmetrical Higher Harmonics Compensation Function in Sustainable AC Grid," Electronical Control and Communicationg Engineering 2, May 2013,DOI 10.2478/ecce-2013-0001.

Input Unbalance Correction,"

[67] Donato Vincenti and Hua Jin, "A Three-phase Regulated PWM Rectifier With On-Line Feedforward IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, vol. 41, no. 5, OCTOBER 1994.

[68] Antti Tarkiainen, "Power quality improving with virtual flux-based voltage source line converter," ISBN 952-214-011-2, ISSN 145-4491, Lappeenranta 2005.

113

[69] Chi-Seng Lam, Man-Chung Wong and Ying-Duo Han, "Per-Unit Design of a Transformerless, H-Bridge Dynamic Voltage Restorer with Closed- Loop Load Voltage and Current-Mode Control," 0-7803-9208-6/05/$20.00 © 2005 IEEE.

IEEE

[70] Bingsen Wang, Giri Venkataramanan and Mahesh Illindala, "Operation and Control of a Dynamic Voltage Restorer Using Transformer Coupled H-Bridge Converters," TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, vol. 21, no. 4, JULY 2006.

[71] M.V.Kasuni Perera, "Control of a Dynamic Voltage Restorer to compensate single phase voltage sags.," Master of Science Thesis Stockholm, Sweden 2007.

[72] K. Bhumkittipich and N. Mithulananthan, "Performance Enhancement of DVR for Mitigating Voltage Sag/Swell using Vector Control Strategy," Energy Procedia 9 (2011), pp. 366-379.

[73] Krischonme Bhumkittipich and Nadarajah Mithulananthan, "Performance Enhancement of DVR for Mitigating Voltage Sag/Swell using Vector Control Strategy," 1876-6102 © 2011 Published by Elsevier Ltd. Selection, doi: 10.1016/j.egypro.2011.09.040.

[74] A. K. Jindal, A. Ghosh and A. Joshi, "Operation and Control of DVR in the Presence of Interharmonics," International Journal of Emerging Electric Power Systems, vol. 9, no. 1, 2008.

[75] H. Akagi, E. H. Wantanabe and M. Aredes, Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning, Wiley-interscience A John Wiley & Sons Publication, 2007.

[76] T. Jimichi, H. Fujita and H. Akagi, "An Approach to Eliminating DC Magnetic Flux From the Series Transformer of Dynamic Voltage Restore," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 44, no. 3, p. 809, May/Jun 2008.

[77] T. Jimichi, H. Fujita and H. Akagi, "Design and Experimentation of a Dynamic Voltage Restorer Capable of Significantly Reducing an Energy- Storage Element," IEEE Transanctions on Industry Applications, vol. 44, no. 03, pp. pp, 817, May/Jun 2008.

114

[78] Nielsen, John Godsk, "Design and Control of a Dynamic Voltage Restorer," Institut for Energiteknik, Aalborg Universitet, Aalborg - Denmark, 2002.

[79] K. Bhumkittipich and N. Mithulananthan, "Performance Enhancement of DVR for Mitigating Voltage Sag/Swell using Vector Control Strategy," Energy Procedia, vol. 9, pp. 366-379, 2011.

[80] Reshmi V, M. Ebenerzer and Jayasree M.S, "Mitigation of Voltage Sag, Harmonics and Voltage Unbalances Using Dynamic Voltage Restorer," in 10th National Conference on Technological Trends (NCTT09), Kerala, India, 2009.

[81] A. Karthikeyan, D. G. A. Krishna, S. Kumar and B. V. Perumal, "Dual Role CDSC based Dual Vector Control for Efective Operation of DVR with Harmonic Mitigation," IEEE Transactions On Industrial Electronics, vol. 1, no. 1, 2018.

[82] K. A. Hosani, T. H. Nguyen and N. A. Sayari, "An improved control strategy of 3P4W DVR systems under unbalanced and distorted voltage conditions," International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 98, pp. 233-242, 2017.

[83] Hojjat Daghani, Reza Ghazi and Hadi Ghasemabadi, "Compensating of voltage flicker and disturbance using Dynamic Voltage Restorer based on matrix converter," 21st Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), 2013.

[84] M. A. E. Alali, S. Saadate, Y. A. Chapuis and F. Braun, "Energetic Study of Series Active Conditioner Compensating Voltage Dips, Unbalanced Voltage Harminics," in IEEE 7th International Power Electronics Congress, Acapulco - Mexico, 2000.

direct using

[85] E. Babaei and M. F. Kangarlu, "Operation and control of dynamic voltage converter," single-phase restorer https://doi.org/10.1016/j.enconman.2011.04.014, vol. 52, no. 8-9, pp. 2965-2972, August 2011.

[86] E. Babaei and M. F. Kangarlu, "Voltage quality improvement by a dynamic voltage restorer based on a direct three-phase converter with fictitious DC link," IET Gener. Transm. Distrib., 2011, vol. 5, no. 8, p. 814–823, The Institution of Engineering and Technology 2011 doi: 10.1049/iet- gtd.2010.0518.

115

[87] S. Biricik, H. Komurcugil, H. Ahmed and E. Babaei, "Super Twisting Sliding Mode Control of DVR with Frequency-Adaptive Brockett Oscillator," IEEE Transaction on Industrial Electronics, vol. 1, no. 1, 2020.

[88] Lin Min, Yu Hongxiang, Ji Yanchao and Tan Guanghui, "Novel Multi- for Series Voltage mode Active Power Quality Conditioner Compensation," in The 30th Anual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Busan, Korea, 2004.

[89] M. Taleb, "An Active Voltage Conditioner for Power Distribution Systems using Hysterisis Controller," Journal of King Saud University - Engineering Science, vol. 18, no. 2, pp. 197-211, 2006.

[90] H. Carneiro, J. G. Pinto and J. L. Afonso, "Single-phase Series Active Conditioner for Compensation of Voltage Harmonics, Sags, Swell and Flicker," in IEEE 20th International Symposium on Industrial Electronics, Gdansk, Poland, 2011.

[91] A. E. Leon, M. F. Farias, P. E. Battaioto, J. A. Solsona and M. I. Valla, "Control Strategy of DVR to Improve Stability in Wind Farms Using Squirrel-Cage Induction Generators," IEEE Transactions on Power Systems, vol. 26, no. 3, pp. 1609-1617, 2011.

[92] R. S. Bajpai and R. Gupta, "Modeling and Control of Multi-Functional DVR Supported from Wind Energy System," International Journal of Emerging Electric Power System, vol. 13, no. 4, 2012.

[93] S. Geethanjali and S. Shanmugapriya, "DVR based reactive power control strategy of DFIG for wind energy generation during unbalanced grid voltages," International Journal of Engineering and Technology, vol. 7, no. 1.2, pp. 101-109, 2017.

[94] F. Jiang, S. Cheng, C. Tu, Q. Guo, L. Qing and C. Chen, "Optimum control scheme of output voltage based on cascaded H-bridge DVR," CSEE Journal of Power and Energy Systems, vol. 6, no. 2, pp. 249-258, 2020.

[95] Trần Duy Trinh, "Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệp," Luận án Tiến sĩ Điều khiển và Tự động hóa, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2014.

[96] KC.05.03/16-20, "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống khắc phục nhanh sự cố tăng/giảm điện áp ngắn hạn cho phụ tải," Đề tài khoa học và

116

công nghệ cấp quốc gia thuộc Chương trình Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ năng lượng, mã số KC.05/16-20, Hà Nội, 2019.

[97] A. V. I. Smolenski, Máy điện, Bản dịch tiếng Việt. Nhà xuất bản Khoa học

Kỹ thuật, 1992.

[98] Min Wan Ki, Kim Jae Sig and Choi Jae Ho, "Output LC Filter Design of Voltage source Inverter Considening the Performance of Controller," 2005,10.14-10.15.

Transactions Industrial on

[99] P. Mishra and R. Maheshwari, "Design, analysis, and impacts of sinusoidal LC filter on pulsewidth modulated inverter fedinduction motor drive," IEEE Electronics, DOI:10.1109/TIE.2019.2913824 Publication date: 2020.

[100] A. Reznik, M. G. Simões, A. Al-Durra and S. M. Muyeen, "LCL Filter Design and Performance Analysis for Grid-Interconnected Systems," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 50, no. 2, March-April 2014.

[101] Pekik A. Dahono, Agus Purwadi and Qamaruzzaman, "An LC Filter Design Method for Single-phase PWM Inverters," IEEE Catalogue No. 95TH8025 IEEE Catalogue No. 95TH8025.

[102] Richard Zhang, Fred C.Lee and Chairman, "High performance power converter systems for nonlinear and unbalanced load/source," Blacksburg, Virginia, November 17, 1998.

[103] J. J. D'Azzo and C. H. Houpis, Linear Control System Analysys and

Design, McGraw-Hill, 1995.

[104] Trần Trọng Minh, Giáo trình Điện tử công suất, Nhà xuất bản Giáo dục

Việt Nam, 2015.

[105] F. Blabber, Control of Power Electronic Converters and Systems, Volume

3, Elservier Academic Press, 2021.

[106] M. E. J. M. R. V, "Mitigation of Voltage Sag, Harmonics and Voltage Unbalances Using Dynamic Voltage Restorer," 10th National Conference on Technological Trends (NCTT09), Vols. pp. 114-149, 6-7 Nov 2009.

[107] S. Abdul Rahman, P. Somasundaram and P. A. Janakiraman, "Mitigation of Voltage Sag and Swell Using Direct Converters with Minimum Switch Count," Journal of Power Electronics, vol. 14, no. 6, IEEE November 2014.

117

[108] Lin Xu and Yang Han, "Effective Controller Design for the Dynamic Voltage Restorer (DVR) for Voltage Sag Mitigation in Distribution Utilities," ELEKTROTEHNIŠKI VESTNIK 78(5): 304-311, 2011 ENGLISH EDITION.

[109] Arindam Ghosh, Amit Kumar Jindal and Avinash Joshi, "Design of a Capacitor-Supported Dynamic Voltage Restorer (DVR) for Unbalanced and Distorted Loads," IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, vol. 19, no. 1, JANUARY 2004.

[110] Phan Đăng Khải , Cơ sở lý thuyết tính toán và thiết kế hệ thống cung cấp

dien, NXB Giáo dục Việt Nam, 2009.

[111] Bo Yin, Ramesh Oruganti, Sanjib Kumar Panda and Ashoka K. S. Bhat, "An Output-Power-Control Strategy for a Three-Phase PWM Rectifier Under Unbalanced Supply Conditions," IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, vol. 55, no. 5, MAY 2008.

118

PHỤ LỤC 1

Cấu trúc cơ bản của vòng khóa pha

Vòng khóa pha – PLL (Phase Lock Loop) là hệ thống vòng kín, điều khiển để giữ góc pha cho các tín hiệu dao động bên ngoài bằng vòng phản hồi. Cấu trúc của bộ PLL được thể hiện qua Hình PL1.1.

Hình PL1.1 Cấu trúc cơ bản vòng khóa pha

Trong đó:

- Phase Detector (PD): là khối tạo ra tín hiệu tỉ lệ với sự sai khác về góc pha

của tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra là của bộ PLL.

- Loop Filter (LF): là một bộ lọc thông thấp bậc một, giúp loại bỏ thành phần xoay chiều có tần số cao xuất hiện ở đầu ra của bộ PD. Ngoài ra còn được thiết kế như bộ điều khiển PI.

- Voltage Controller Ossillator (VCO): là khối tạo ra tín hiệu xoay chiều

Hình PL1.2. Sơ đồ khối của vòng khóa pha cơ bản

có tần số góc đã được đồng pha với tín hiệu tần số từ lưới.

a) Phân tích cấu trúc của vòng khóa pha PLL

Với đầu vào có dạng:

(PL1.1)

Thì tín hiệu đầu ra của bộ PLL:

(PL1.2)

Ta có sai lệch góc pha được biểu diễn như sau:

119

(PL1.3)

Tín hiệu sai lệch góc pha sau khi qua khâu lọc thông thấp sẽ bị loại bỏ thành

phần xoay chiều với tần số bậc cao, chỉ còn lại thành phần có tần số thấp:

(PL1.4)

Với sai lệch về tốc độ góc nhỏ thì

Thì ta có:

(PL1.5)

Giá trị của tần số góc mới được tính toán:

(PL1.6)

Góc pha được xác định qua khâu tích phân:

(PL1.7)

b) Thiết kế, tính toán tham số cho bộ điều khiển

Hình PL1.3. Mô hình tín hiệu nhỏ của vòng khóa pha

Dựa trên mô hình tín hiệu nhỏ thì cấu trúc bộ PLL được biểu diễn như sau:

Với bộ điều khiển được chọn là khâu PI, ta thu được hàm truyền hệ hở:

(PL1.8)

Hàm truyền hệ kín:

(PL1.9)

120

Hàm truyền của sai lệch tín hiệu:

(PL1.10)

Thiết kế bộ điều khiển để sao cho hàm truyền hệ kín và hàm truyền sai lệch

mong muốn có động học của khâu dao động bậc hai:

(PL1.11)

(PL1.12)

Trong đó: là tần số riêng của hệ tắt dần, là hệ số tắt dần.

(PL1.13)

Chọn: , hệ số tắt dần

Khi đó, tham số bộ điều khiển được tính:

(PL1.14)

Thời gian xác lập:

(PL1.15)

121

PHỤ LỤC 2

MẠCH THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG THỜI GIAN THỰC

1. Thiết kế phần cứng

Với hệ thống như đã mô phỏng, phần cứng thực nghiệm sẽ phải có các phần

tương ứng để đáp ứng yêu cầu. Mục tiêu của thiết kế phần cứng bao gồm:

- Mạch điều khiển sẽ sử dụng PC và card DS1104.

- Thiết kế mạch đo lường phản hồi tín hiệu tương tự.

- Thiết kế driver điều khiển IGBT.

- Thiết kế mạch đảo tín hiệu, tạo deadtime.

- Thiết kế mạch lực nghịch lưu sử dụng van IGBT.

- Thiết kế mạch lực chỉnh lưu sử dụng mạch cầu Diode.

● Yêu cầu thiết kế:

- Điện áp đầu ra bộ nghịch lưu có giá trị lớn nhất là: 220V (pha – trung tính).

- Tần số đầu ra: 50 Hz.

- Công suất đầu ra: 10 kW.

- Điện áp đầu ra có THD: <3%.

- Tần số băm xung bộ nghịch lưu: fs = 10 kHz

2. Thiết kế mạch đo lường phản hồi tín hiệu tương tự

Theo yêu cầu thiết kế, ta sẽ cần phải đo về các tín hiệu điện áp và dòng điện

để card DS1104 xử lý, các tín hiệu đo về bao gồm:

- Điện áp lưới ba pha.

- Điện áp một chiều từ bộ chỉnh lưu.

- Điện áp tải.

- Dòng điện đầu ra bộ nghịch lưu.

Khâu đo điện áp

Để đo điện áp ba pha trên lưới, ta sử dụng mạch phân áp để hạ điện áp lưới

xuống cho dễ dàng xử lý tín hiệu.

122

Hình PL2.1. Mạch hạ áp lưới ba pha

Ta sẽ thiết kế sao cho tín hiệu ra sau khâu đo là tín hiệu luôn có giá trị lớn hơn không để đảm bảo sau này ta có thể thay card DS1104 bằng vi điều khiển. Ngoài ra, mạch tương tự cần được cách ly để đảm bảo an toàn và giảm nhiễu các tín hiệu đo về trước khi đưa đến chân tương tự của vi điều khiển. Giải pháp đưa ra là sử dụng khuếch đại cách ly HCPL 7804 và IC khuếch đại thuật toán LM324. IC LM324 được cấu tạo bởi bốn bộ khuếch đại thuật toán (OP-OAMP) độc lập được tích hợp trên một chip đơn, hoạt động với nguồn nuôi có vùng điện áp rộng. Điện áp nuôi là ±15V, dòng lối ra lớn nhất là 3mA (thỏa mãn yêu cầu của vi điều khiển). Ta sẽ thiết kế mạch gồm khâu khuếch đại vi sai, khâu lọc (Hình 4.3).

Hình PL2.3. Cấu trúc đo điện áp bằng khuếch đại thuật toán sử dụng LM324

Hình PL2.2 Khâu khuếch đại cách ly HCPL 7840

Ở cấu trúc đo điện áp, ta có điện áp giữa 2 điểm Vout+ và Vout- là 1,6V, áp dụng

công thức của khâu khuếch đại vi sai:

(PL2.1) Vout = A.(Vout+ - Vout-)

Trong đó: khi R11 = R13 và R9 = R6, ta có A = R11/R9. Ngoài ra, ta cần thông số

đầu ra Vout = 1,5V => Chọn R11 = 12 kΩ và R9 = 10 kΩ

Sau đó, ta sử dụng thêm 1 khâu khuếch đại vi sai với hệ số khuếch đại là 1 và cộng thêm tín hiệu điện áp 1 chiều 1,5V để tạo điện áp hình sinh với biên độ max là 3V và min là 0V. Cuối cùng là khâu lọc tín hiệu sử dụng OPAM, để lọc bớt các tín hiệu nhiễu khi đo về trước khi đưa tín hiệu vào chân vi điều khiển.

123

Khâu đo dòng điện

Hình PL2.4. Cấu trúc đo dòng điện bằng cảm biến LA 100-P

Hình PL2.5. Cấu trúc đo dòng điện bằng khuếch đại thuật toán sử dụng LM324

Để đo tín hiệu dòng điện đầu ra nghịch lưu, ta sử dụng cảm biến dòng điện LA100P với dòng sơ cấp cho phép tối đa 100A, nguồn nuôi ±15V, dòng điện đầu ra tối đa là 50 mA (Hình PL2.4). Điện trở Rm ta chọn là 20Ω. Sau đó, ta sẽ đưa tín hiệu đến bộ khuếch đại LM324 để đưa tín hiệu đến card DSpace 1104.

Hình PL2.6 Mạch đo thực nghiệm

Tín hiệu dòng điện đo về sẽ đưa qua khâu khuếch đại không đảo với tỷ số là 1/2. Sau đó, ta sẽ dùng mạch khuếch đại vi phân để tạo ra điện áp hình sin không âm có giới hạn max là 3,3V và giới hạn min là 0V. Cuối cùng, tín hiệu sẽ được đưa qua khâu lọc để lọc nhiễu trước khi đưa vào chân vi điều khiển.

3. Thiết kế mạch chỉnh lưu-nghịch lưu

Dựa vào sơ đồ mạch lực trong mô phỏng, ta thấy mạch gồm 2 phần chính là bộ chỉnh lưu không điều khiển gồm 6 diode và bộ nghịch lưu có điều khiển gồm 8 van IGBT. Với điện áp vào chỉnh lưu là 380V, UDC = 400V, dòng điện đầu ra tối đa 20A.

124

Tính toán mạch chỉnh lưu không điều khiển

Hệ thống sử dụng làm mát tự nhiên nên ta tính được thông số diode như các

công thức sau:

= 2,45.380 = 931 V

= 16.67 A

Ta chọn mạch cầu chỉnh lưu với các thông số sau:

- Điện áp ngược lớn nhất chịu được là: 1200V.

- Dòng điện chịu được là: 50A.

- Điện áp một chiều DC tạo ra từ bộ chỉnh lưu:

Vdc = = 592.776 V

 Chọn Vdc = 600V

Hình PL2.7 Mạch lọc đầu ra bộ nghịch lưu

Từ các dữ liệu tính toán được và mô phỏng matlab ta sẽ chọn tụ điện có giá trị là 1500uF/600V. Mạch lọc đầu ra bộ chỉnh lưu sẽ được thiết kế như Hình PL2.7. Hai điện trở công suất trong mạch có nhiệm vụ cân bằng điện áp được nạp trên 2 tụ ở 1 nhánh. Điều này tránh sự mất cân bằng ở 2 tụ, gây đến nổ tụ. Ngoài ra, để hỗ trợ nạp điện áp tụ điện, tránh bị sốc điện áp khi mạch chỉnh lưu bắt đầu hoạt động, ta sẽ sử dụng thêm điện trở start và relơ ở phía trước mạch chỉnh lưu, được thiết kế như Hình PL2.8.

125

Hình PL2.8 Điện trở start và rơ le hỗ trợ nạp tụ

Tính toán mạch nghịch lưu sử dụng IGBT

Theo hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất, ta tính toán được điện áp cực

đại đặt lên van:

.400 = 1131 (V) Uvmax = . UDC =

Trong đó: q là hệ số biến điệu (0

Tính toán dòng trung bình đi qua van:

. (1+q) = (1+q) = .(1+0,75) = 12,37 (A) Iv =

Vậy yêu cầu để chọn van là:

Uvđm = 1131 V

Ivđm = 12,37.4 = 49,48 A

Ta chọn van IGBT của hãng Tosiba có mã sản phẩm là MIG75Q7CSAOX với

các thông số được cho bởi nhà sản xuất như sau:

- Điện áp ngược: 1200V.

- Dòng điện tải: 75A.

Về mạch lọc đầu ra bộ nghịch lưu 3 pha 4 nhánh van, ta sẽ sử dụng thông số như trong mô phỏng. Ngoài ra, để đảm bảo an toàn trong quá trình đóng cắt của IGBT, ta sẽ sử dụng thêm mạch RC snubber. Mạch RC snubber để hạn chế điện áp tăng vọt trên IGBT, điều chỉnh tần số tăng đột biến để ngăn chặn sự cố.

Ta có hằng số thời gian của mạch RC snubber:

TC = R.C

Chọn TC = 1/10.fS

 Chọn R = 23,5Ω và tụ C là tụ 103

126

Hình PL2.9. Mạch RC snubber

4. Thiết kế mạch driver điều khiển IGBT và mạch đảo

Mạch driver

Do yêu cầu của mạch lực là phải đảm bảo tính cách ly giữa các tín hiệu điều khiển các van IGBT để đảm bảo không xảy ra sự cố ngắn mạch giữa các IGBT có anot chung nên ta phải thiết kế tám bộ module riêng biệt để điều khiển tám van IGBT. Do phải riêng biệt và cách ly nên mỗi module phải có nguồn nuôi riêng nên ta phải thiết kế một bộ tạo xung cho nguồn DC-DC điều chỉnh điện áp từ 24V xuống 20V để cấp cho driver IGBT. Giải pháp là sử dụng IR2153 kết hợp với hai FQD30N06 ta tạo được một mạch kéo đẩy để tạo xung vuông tự động, nó có tác dụng chia đôi điện áp 24 VDC vào thành xung ±12 VDC với độ rộng xung điều khiển được bằng cách phối hợp trở và tụ tại chân RT và CT của IC.

Tra trong datasheet của IR2153, với việc kết hợp trở 1kΩ và tụ 10nF ta có

Hình PL2.10. Sơ đồ mạch tạo xung vuông

thể tạo ra xung điện áp có tần số 18 kHz.

Theo yêu cầu của driver IGBT, ta cần phải cấp nguồn 20V và một điểm 0V giả để tạo điện áp âm -5V đóng IGBT. Do đó ta sẽ thiết kế mạch biến áp xung gồm 1 cuộn sơ cấp và 2 cuộn thứ cấp cuốn ngược chiều nhau để tạo một điểm 0V giả. Xung vuông ±12V, ta cho vào 8 biến áp xung mắc song song với tỷ lệ vòng dây giữa cuộn sơ cấp và 2 cuộn thứ cấp là 30 vòng/43 vòng-17 vòng. Ta sẽ sử dụng thêm 2 tụ phân cực và 2 diode để nạp điện áp sau cuộn thứ cấp của máy biến áp xung.

127

Hình PL2.11 Sơ đồ biến áp xung tạo nguồn nuôi Driver

Hình PL2.12. Cấu tạo EXB840

Hình PL2.13. Sơ đồ kết nối chân của EXB840

Sơ đồ biến áp xung tạo nguồn nuôi Driver. Cuối cùng là thiết kế Driver điều khiển IGBT. Ta sẽ sử dụng Driver là IC EXB840, nó có khả năng điều khiển dòng lên tới 150A cho IGBT 600V và 75A cho IGBT 1200V. IC cho phép thời gian trễ đóng cắt lên đến 1us hoặc ít hơn, tần số đóng cắt cho phép là 40kHz. Với thiết kế bao gồm 15 chân (Hình PL2.12), được tích hợp cách ly quang cùng với khả năng bảo vệ quá dòng. Với đầu vào gồm 3 chân nguồn -5V, 0V, 15V và 2 chân xung PWM, cho đầu ra kết nối với 3 chân của IGBT.

128

Hình PL2.14. Mạch thực nghiệm Driver

Mạch đảo tín hiệu

Hình PL2.15. Cấu tạo cổng logic của 74HC14N

Do Card Dspace 1104 chỉ có 4 đầu ra PWM nên ta sẽ làm mạch đảo tín hiệu để cấp tín hiệu PWM cho 4 van ở nhánh còn lại của mạch nghịch lưu. Để thiết kế mạch đảo ta sẽ sử dụng chip 74HC14N, đây là loại chip đảo có kết hợp với mạch Schmitt trigger để tạo trễ. 74HC14N có nguồn nuôi là 5VDC, dòng đầu vào là 20 mA, điều này phù hợp với tín hiệu đầu ra của công PWM trên card Dspace 1104.

Mạch đảo tín hiệu và tạo deadtime cho IGBT sử dụng chip 74HC14N được

Hình PL2.16. Sơ đồ đấu nối chip 74HC14N

thiết kế như Hình PL2.16.

129

Mạch tạo trễ để tránh trùng dẫn cho các khóa IGBT sẽ được thực hiện bằng phần cứng với cổng đảo của chip 74HC14N kết hợp với các diode schottky D1,D2, các tụ điện C1, C2 và điện trở R1, R5.

(PL2.2)

Khi điện áp điều khiển tại NOT1F thay đổi từ mức [0] qua mức [1] thì điện áp tại ngõ ra cổng đảo của NOT2F thay đổi từ mức [0] lên mức [1] làm xuất hiện dòng nạp tụ C3 thông qua diode D3. Khi điện áp trên tụ C3 tăng vượt qua ngưỡng mức logic cao tương ứng 3V sẽ làm thay đổi trạng thái ngõ ra của NOT2E. Thời gian thay đổi trạng thái điện áp điều khiển trong trường hợp này được tính như sau:

tON -OFF = RD.C3.ln(5/3)

(PL2.3)

Đồng thời, khi điện áp điều khiển tại NOT1F thay đổi từ mức [0] qua mức [1] thì điện áp ngõ ra của NOT1F sẽ thay đổi từ [1] về mức [0], điện áp tụ điện C1 sẽ được xả thông qua điện trở R1. Do đó, điện áp trên tụ sẽ giảm dần từ 5V. Khi điện áp trên tụ C1 giảm đến ngưỡng mức logic thấp (là 0.8V). Thời gian thay đổi trạng thái điều khiển trong trường hợp này được tính như sau:

tOFF -ON = R1.C1.ln(5/0,8)

Giá trị thời gian chống trùng dẫn được xác định thông qua tON-OFF và tOFF-ON

(PL2.4)

cùng với thời gian delay của mạch driver.

tdead = 1,2.[(tOFF-ON - tON-OFF) + (tPDD_MAX – tPDD_MIN)]

Trong đó:

- tPDD_MAX: thời gian delay lớn nhất của driver.

- tPDD_MIN: thời gian delay nhỏ nhất của driver.

- 1,2: hệ số an toàn.

Chọn thời gian deadtime là 3,6us và giá trị điện dung của tụ là tụ 103 thì từ

các công thức trên ta sẽ tính chọn được điện trở là 500 Ω.

Tổng hợp lại các phần thiết kế đã được tính toán, ta sẽ có mô hình mạch thực gồm mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển, mạch driver cho IGBT, mạch nghịch lưu ba pha bốn nhánh van, các mạch đo điện áp-dòng điện như Hình PL2.18.

Từ mô hình mô phỏng, ta đã tính toán thiết kế được các mạch thực nghiệm. Từ mô hình thực nghiệm tính toán và thiết kế được, ta sẽ phát triển lên thêm nữa sau khi đã có thể thử nghiệm hết tất cả các mạch. Đã chạy thử thành công mạch đo, mạch nghịch lưu ba pha bốn nhánh, mạch driver, mạch đảo tín hiệu-tạo deadtime với sơ đồ điều khiển vòng hở.

130

Hệ thống thử nghiệm bộ AVC 5kVA hoàn chỉnh được xây dựng và lắp đặt như

Hình PL2.17. Mạch đảo tạo deadtime trong thực tế

Hình PL2.18. Mô hình mạch thực tế

Hình PL2.19 Hệ thống thử nghiệm bộ AVC 5kVA

trên Hình PL2.19.

131

5. Kết quả thực nghiệm

- Xung PWM với deadtime 3,6us trên Hình PL2.20

Hình PL2.20 Xung PWM đo trên Osciloscope

- Điện áp đầu ra bộ nghịch lưu 3 pha 4 nhánh trên Hình PL2.21

Hình PL2.21 Dạng điện áp đầu ra nghịch lưu ba pha bốn nhánh đo trên

Osciloscope

Thử nghiệm hệ thống với bộ tạo lõm trong phòng thí nghiệm

a) Thử nghiệm với trường hợp lõm điện áp ở 3 pha

 Chuẩn bị hệ thống 1. Với trường hợp lõm điện áp ở cả 3 pha còn 60%, điện trở R1, R2, R3 có

giá trị là 7 Ω.

2. Cài đặt hệ thống đo - Sử dụng 1 Oscilloscope đo 3 kênh điện áp nguồn đầu vào, 1 Oscilloscope đo 3 kênh điện áp phía tải. Cài đặt các Oscilloscope với V/div là 100 (V) và sec/div là 2 (s).

- Sử dụng CW140 đo 3 kênh điện áp phía tải và 3 kênh dòng điện phía tải. Kết nối với máy tính qua truyền thông RS232. Trên máy tính cài đặt phần mềm “Data Analysis Program AP140E” version 2.4.1.

132

Hình PL2.22 Giao diện Menu chính phần mềm Phân tích dữ liệu AP140E

- Chọn “Setting up of Port, Graph, and Print”: Cài đặt các thông số sau:

BaudRate (19200), Data Size (8 bit), Stop Bits (1 bit).

Hình PL2.23 Giao diện cài đặt truyền thông phần mềm Phân tích dữ liệu

AP140E

- Chọn Real Time Measurement by CW140/CW12x. Tiếp tục nhấn “Setting”. Cài đặt các thông số sau: Model (CW140), Mode (Instant Vaule), Wiring (3P4W), Meas. Cycle (0:0:1).

133

Hình PL2.24 Giao diện cài đặt tham số phần mềm Phân tích dữ liệu AP140E

- Nhấn OK, quay trở lại màn hình Real Time Measurement, nhấn “START”

để bắt đầu.

 Tiến hành thử nghiệm 3. Cấp điện 380V từ tủ điện. 4. Điều chỉnh biến áp tự ngẫu về vị trí 120 để cấp điện cho bộ AVC là 380V. 5. Khởi động bộ AVC. - Gạt aptomat MCCB1. - Tiếp theo là MCCB2. - Nhấn nút “START” trên tủ điện.

Hình PL2.25 Giao diện vận hành bộ thí nghiệm AVC

- Tiếp theo, trên màn hình HMI chọn “SETTING” cài đặt các thông số như

sau:

134

Hình PL2.26 Giao diện cài đặt bộ thí nghiệm AVC

- Nhấn “RUN” trên màn hình HMI. Khi trên màn hình HMI, “RUN” chuyển sang màu xanh và “Loop” ở trạng thái 15. Hệ hống AVC đã khởi động thành công. 6. Tạo sự cố lõm điện áp 3 pha còn 60% điện áp định mức trong thời gian

10s.

- Cấp điện 220 V cho bộ điều khiển tạo lõm. - Điều chỉnh Relay thời gian trên bảng điều khiển về vị trí 30 để tạo thời gian

lõm trong vòng 10s.

- Nhấn các nút “A”, “B”, “C” trên bảng điều khiển bộ tạo lõm. - Tiếp theo, nhấn nút “ENTER” trên bảng điều khiển bộ tạo lõm. 7. Lấy kết quả - Sau khi nhấn nút “ENTER” trên bảng điều khiển, theo dõi điện áp trên 2 Oscilloscope và giá trị điện áp trên phần mềm “Data Analysis Program AP140E”.

- Nhấn nút “STOP” trên Oscilloscope trên lấy dữ liệu ra USB. - Nhấn nút “STOP” trên phần mềm “Data Analysis Program AP140E” để

lấy kết quả.

8. Dừng bộ AVC Sau khi lấy kết quả xong, tiến hành dừng bộ AVC theo các thao tác sau:

- Nhấn nút “STOP” trên màn hình HMI. - Tiếp theo nhấn nút “STOP” trên tủ điện. - Gạt aptomat MCCB2. - Gạt aptomat MCCB1. - Vặn biến áp tự ngẫu về giá trị 0. - Ngắt điện 380V ở tủ điện. - Nhả các nút nhấn “A”, “B”, “C” và “ENTER” trên bảng điều khiển bộ tạo

lõm. Ngắt điện 220V của bộ tạo lõm điện áp.

135

b) Thử nghiệm với trường hợp lõm điện áp 1 pha

 Chuẩn bị hệ thống 1. Đấu nối dây điện như sơ đồ Hình 3.5. Với trường hợp lõm điện áp ở cả 3

pha còn 45%, điện trở R1, R2, R3 có giá trị là 6 Ω.

2. Cài đặt hệ thống đo  Tiến hành thử nghiệm 3. Cấp điện 380V từ tủ điện. 4. Điều chỉnh biến áp tự ngẫu về vị trí 120 để cấp điện cho bộ AVC là 380V. 5. Khởi động bộ AVC. - Gạt aptomat MCCB1. - Tiếp theo là MCCB2. - Nhấn nút “START” trên tủ điện. - Nhấn “RUN” trên màn hình HMI. - Khi trên màn hình HMI, “RUN” chuyển sang màu xanh và “Loop” ở trạng

thái 15. Hệ hống AVC đã khởi động thành công.

- Tiếp theo, trên màn hình HMI chọn “SETTING” cài đặt các thông số như

sau:

136

6. Tạo sự cố lõm điện áp 3 pha còn 60% điện áp định mức trong thời gian

10s.

- Cấp điện 220 V cho bộ điều khiển tạo lõm. - Điều chỉnh Relay thời gian trên bảng điều khiển về vị trí 30 để tạo thời gian

lõm trong vòng 10s.

- Nhấn các nút “A”, “B”, “C” trên bảng điều khiển bộ tạo lõm. - Tiếp theo, nhấn nút “ENTER” trên bảng điều khiển bộ tạo lõm 7. Lấy kết quả - Sau khi nhấn nút “ENTER” trên bảng điều khiển, theo dõi điện áp trên 2 Oscilloscope và giá trị điện áp trên phần mềm “Data Analysis Program AP140E”.

- Nhấn nút “STOP” trên Oscilloscope trên lấy dữ liệu ra USB. - Nhấn nút “STOP” trên phần mềm “Data Analysis Program AP140E” để

lấy kết quả.

8. Dừng bộ AVC Sau khi lấy kết quả xong, tiến hành dừng bộ AVC theo các thao tác sau:

- Nhấn nút “STOP” trên màn hình HMI. - Tiếp theo nhấn nút “STOP” trên tủ điện. - Gạt aptomat MCCB2. - Gạt aptomat MCCB1. - Vặn biến áp tự ngẫu về giá trị 0. - Ngắt điện 380V ở tủ điện. - Nhả các nút nhấn “A” và “ENTER” trên bảng điều khiển bộ tạo lõm. Ngắt

điện 220V của bộ tạo lõm điện áp.

c) Thử nghiệm với trường hợp lồi điện áp trong phòng thí nghiệm

 Chuẩn bị hệ thống

1. Đấu nối dây điện như sơ đồ Hình 4.6 2. Cài đặt hệ thống đo

 Tiến hành thử nghiệm

3. Cấp điện 380V từ tủ điện. 4. Điều chỉnh biến áp tự ngẫu về vị trí 380 để cấp điện cho bộ AVC là 380V. 5. Khởi động bộ AVC - Gạt aptomat MCCB1. - Tiếp theo là MCCB2. - Nhấn nút “START” trên tủ điện. - Tiếp theo, trên màn hình HMI chọn “SETTING” cài đặt các thông số như

sau:

137

- Nhấn “RUN” trên màn hình HMI. - Khi trên màn hình HMI, “RUN” chuyển sang màu xanh và “Loop” ở trạng

thái 15. Hệ thống AVC đã khởi động thành công.

6. Tạo sự cố lồi điện áp đến 115% điện áp định mức trong thời gian 10s. - Vặn từ từ biến áp tự ngẫu từ vị trí 380 lên vị trí 437 để điện áp cấp cho bộ

AVC là 437 V (tức 115% điện áp định mức).

7. Lấy kết quả - Sau khi vặn biến áp tự ngẫu lên vị trí 437 theo dõi điện áp trên 2 Oscilloscope và giá trị điện áp trên phần mềm “Data Analysis Program AP140E”.

- Nhấn nút “STOP” trên Oscilloscope sau khi tạo lồi điện áp được 10s, lấy

dữ liệu từ Oscilloscope ra USB.

- Trên máy tính, thu thập dữ liệu trên phần mềm “Data Analysis Program

AP140E” sau khi tạo lồi điện áp được 10s.

8. Dừng bộ AVC Sau khi lấy kết quả xong, tiến hành dừng bộ AVC theo các thao tác sau:

- Nhấn nút “STOP” trên màn hình HMI. - Tiếp theo nhấn nút “STOP” trên tủ điện. - Gạt aptomat MCCB2. - Gạt aptomat MCCB1. - Vặn biến áp tự ngẫu về giá trị 0. - Ngắt điện 380V ở tủ điện.

d) Thử nghiệm hệ thống với động cơ trong phòng thí nghiệm

 Chuẩn bị hệ thống

1. Đấu nối dây điện như sơ đồ Hình 3.7 2. Cài đặt hệ thống đo

138

 Tiến hành thử nghiệm

3. Cấp điện 380V từ tủ điện. 4. Điều chỉnh biến áp tự ngẫu để cấp điện cho bộ AVC là 220V. 5. Khởi động bộ AVC - Gạt aptomat MCCB1. - Tiếp theo là MCCB2. - Nhấn nút “START” trên tủ điện. - Tiếp theo, trên màn hình HMI chọn “SETTING” cài đặt các thông số như

sau:

- Nhấn “RUN” trên màn hình HMI. - Khi trên màn hình HMI, “RUN” chuyển sang màu xanh và “Loop” ở trạng

thái 15. Hệ hống AVC đã khởi động thành công.

6. Tạo sự cố lõm điện áp: Gạt aptomat MCCB4. 7. Lấy kết quả - Sau khi gạt aptomat MCCB4, theo dõi điện áp trên 2 Oscilloscope. - Nhấn nút “STOP” trên Oscilloscope sau khi tạo lồi điện áp được 10s, lấy

dữ liệu từ Oscilloscope ra USB.

8. Dừng bộ AVC Sau khi lấy kết quả xong, tiến hành dừng bộ AVC theo các thao tác sau:

- Nhấn nút “STOP” trên màn hình HMI. - Tiếp theo nhấn nút “STOP” trên tủ điện. - Gạt aptomat MCCB2. - Gạt aptomat MCCB1. - Vặn biến áp tự ngẫu về giá trị 0. - Ngắt điện 380V ở tủ điện.

139