Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
321
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN VĨ MÔ
CHO BỘ BIẾN ĐỔI BOOST TRONG HỆ THỐNG
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Ngô Quang Vĩ
Trường Đại học Thủy lợi, email: vihoangnq@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Mô hình hóa một hệ thống có nhiều cách
nhưng sự ra đời của phương pháp biểu diễn
vĩ mô (EMR) được đưa ra vào năm 2000, sau
đó được phát triển ứng dụng cho các nghiên
cứu về những hệ đa vật lý [1]. Đây là phương
pháp tối ưu, và thông minh cho các hệ thống
năng lượng như hệ thống máy phát chạy bằng
diesel và các nguồn thứ cấp như pin và siêu
tụ [2], và các nghiên cứu cho xe ô tô điện đã
có các công trình công bố như ở [3].
Với mục đích của nghiên cứu là làm rõ, sáng
tỏ và nâng cao tính học thuật trong nghiên cứu,
tác giả có đề xuất EMR cho bộ biến đổi Boost
trong hệ thống năng lượng tái tạo. Đây là cách
biểu diễn mô hình toán học của hệ thống theo
một cách nào đó thuận lợi cho mục đích phân
tích và điều khiển hệ thống.
2. BỘ BIẾN ĐỔI BOOST TRONG HỆ
THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Các nguồn năng lượng tái tạo sử dụng bộ
biến đổi Boost bao gồm: Năng lượng gió,
năng lượng mặt trời, các bộ biến đổi này có
nhiệm vụ nhằm ổn định phần bus DC. Mục
đích của Boost là tạo ra điện áp một chiều
DC được điều chỉnh để cung cấp cho bus DC
theo Hình 1.
Hình 1. Bộ biến đổi DC/DC (Boost)
trong hệ thống năng lượng tái tạo
Bộ biến đổi Boost bao gồm: Một nguồn
đầu vào Ui; Một van bán dẫn S có thể là
MOSFET hoặc IGBT; Một Diode D, tụ điện
C và cuộn cảm L.
Bộ biến đổi này có thể tạo ra điện áp trung
bình đầu ra U0 lớn hơn giá trị điện áp đầu vào
Ui bằng cách điều chỉnh thời gian đóng mở van
S. Vì vậy bộ biến đổi này được gọi là bộ biến
đổi DC-DC tăng áp. Van S có thể hoạt động ở
2 trạng thái dẫn (ON) và không dẫn (OFF) theo
như Hình 2 đến Hình 4. Hoạt động của bộ biến
đổi Boost được xét ở hai chế độ: Chế độ dòng
liên tục; Chế độ dòng gián đoạn.
Hình 2. Sơ đồ biến đổi Boost
Khi S bật ON:
Hình 3. Bộ biến đổi Boost ở chế độ ON
Ta có chế độ (ON):
L
i
uU
(1)
Hình 4. Bộ biến đổi Boost ở chế độ OFF
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
322
Khi S tắt (OFF):
0Li
uUU
(2)
3. PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN VĨ MÔ
EMR (Energetic Macroscopic Representation)
tạm dịch là phương pháp biểu diễn vĩ mô dành
cho những hệ thống mang tính năng lượng.
Đây không phải là phương pháp mô hình hóa
mà là phương pháp thiết kế cấu trúc điều
khiển, biểu diễn mô hình toán học của hệ
thống cũng như bộ điều khiển, EMR được mô
tả từ Hình 5 đến Hình 12.
3.1. Các phần tử trong EMR
1. Energy Sources:
a) b)
Hình 5. Nguồn năng lượng a)
và Phần tử tích lũy b)
2. Phần tử chuyển đổi (Conversion Element):
Hình 6. Phần tử chuyển đổi
3. Phần tử ghép nối (Coupling Element):
Hình 7. Phần tử ghép nối
4. Các phần tử khác:
Hình 8. Các phần tử chuyển đổi và thích ứng
Hình 9. Mô tả của các phần tử điều khiển
Hình 10. Mô tả của phần tử đảo ngược
chuyển đổi
Hình 11. Mô tả phần tử đảo ngược tích lũy
Hình 12. Mô tả phần tử đảo ngược ghép nối
3.2. Biểu diễn bộ Boost bằng EMR
Phần mô tả cấu trúc của bộ biến đổi Boost
được thể hiện như Hình 13.
Hình 13. Mô tả kết cấu bộ biến đổi boost
Với bộ biến đổi Boost, biến điều chỉnh là
mbat đầu vào điều chế chopper và biến được
điều khiển là điện áp uDC_bus.
Hình 14. Đường điều chỉnh và điều khiển
của hệ thống tăng áp boost
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
323
Viết các phương trình theo Hình 13.
Ắc quy (Pin): Bat Ubat (3)
Cuộn cảm: ch
bat ch L ch
di
uuL ri
dt

bat ch
ch
L
uu
Laplace i Ls r
 (4)
Chopper: ___
__
*
*
con ref bat dc bus ref
con ref bat bat ref
umu
imi
(5)
Tụ điện: c
ch load
du
ii C
dt

ch load
C
ii
Laplace u Cs
 (6)
Dòng tải: C
load
load
u
iR
(7)
Điều khiển điện áp đầu ra uDC_bus
___
___ __
()
con ref con bat meas
P
Cap dcbusref dcbusmeas
ii
ku u

(8)
Điều khiển PI cho khâu bậc nhất củ
a
điện áp ắc quy là nhiễu cần bù.
_
__ _ _ _ _
0
()()
con ref bat
t
P Ind bat ref bat meas I Ind bat ref bat meas
uu
ki i k i i dt




(9)
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Dựa theo các phương trình từ (3) đến (9) ta
có sơ đồ biểu diễn theo phương pháp EMR
như Hình 15. Điện áp đầu vào là 300V sau bộ
biến đổi Boost là 350V theo tín hiệu đặt.
Hình 15. Biểu diễn bộ biến đổi Boost
theo phương pháp EMR
Mô hình đã đáp ứng được yêu cầu đề ra
cho một bộ biến đổi tăng áp ứng dụng cho hệ
thống năng lượng tái tạo theo như Hình 16.
Hình 16. Điện áp đầu ra theo tín hiệu đặt
của bộ biến đổi Boost
5. KẾT LUẬN
Bài báo đã cho thấy tính logic, đúng đắn
và trực quan trong cách biểu diễn một đối
tượng phi tuyến điển hình ở đây là bộ biến
đổi Boost. Ứng dụng phương pháp biểu diễn
vĩ mô EMR cho đối tượng này cho thấy cách
trình bày và biến đổi hoàn toàn khoa học và
đáp ứng được yêu cầu đề ra.
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] K. S. Agbli, D. Hissel, M.-C. Péra, and I.
Doumbia, “Energetic Macroscopic
Representation (EMR): New approach for
multiphysics energetic flows modelling,”
IFAC Proceedings Volumes, vol. 45, no.
21, pp. 723-728, Jan. 2012, doi:
10.3182/20120902-4-FR-2032.00126.
[2] J. Baert, S. Jemei, D. Chamagne, D. Hissel,
S. Hibon, and D. Hegy, “Energetic
Macroscopic Representation and Optimal
Fuzzy Logic Energy Management Strategy
of a Hybrid Electric Locomotive with
experimental characterization of Nickel-
Cadmium battery cells,” EPE Journal, vol.
24, no. 4, pp. 56-67, Dec. 2014, doi:
10.1080/09398368.2014.11755459.
[3] Dũng N., Huy N. B., Thành V. D., và Minh
T. C., “Mô hình hóa ô tô điện bằng phương
pháp EMR với mô hình mở rộng của tương
tác bánh xe - mặt đường,” trong Tuyển tập
công trình HNKH toàn quốc lần thứ 3 về
Điều khiển & Tự động hoá VCCA - 2015,
Hanoi, Vietnam: Publishing House for
Science and Technology, Jul. 2016. doi:
10.15625/vap.2015.0118.