zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Thiết kế bộ điều khiển bù nhiễu thụ động kết hợp bộ quan sát EHGO cho biến tần lưới điện siêu nhỏ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài viết này, một bộ PBC cho bộ biến tần độc lập được đề xuất, tích hợp một bộ quan sát trạng thái hệ số khuếch đại cao mở rộng (EHGO - Extended High Gain state Observer). Bộ quan sát EHGO thực hiện ước lượng và loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng của nhiễu và sự bất định của tham số mô hình, từ đó đảm bảo tính ổn định của bộ biến tần.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế bộ điều khiển bù nhiễu thụ động kết hợp bộ quan sát EHGO cho biến tần lưới điện siêu nhỏ

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ https://jst-haui.vn P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BÙ NHIỄU THỤ ĐỘNG KẾT HỢP BỘ QUAN SÁT EHGO CHO BIẾN TẦN LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ DESIGN OF PASSIVE NOISE COMPENSATION CONTROLLER COMBINED WITH EHGO OBSERVER FOR MICRO GRID INVERTER Nguyễn Thị Thu Hiền1,* DOI: http://doi.org/10.57001/huih5804.2024.362 TÓM TẮT 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Bộ biến tần là thiết bị quan trọng để kết nối tải với nguồn điện siêu nhỏ. Tuy nhiên, do giá Ngày nay, các nguồn năng lượng tái tạo trị linh kiện thay đổi dẫn tới sự thay đổi tham số mô hình, kết hợp sai số đo lường, nhiễu loạn như điện gió và mặt trời, đang trở thành bên ngoài làm suy giảm hiệu suất của bộ biến tần và gây ra các vấn đề mất ổn định. Để giải những lựa chọn thay thế đáng tin cậy cho quyết vấn đề này, bộ điều khiển phi tuyến loại bỏ nhiễu thụ động được đề xuất cho biến tần. nhiên liệu hóa thạch [1]. Để đưa điện năng từ Phương pháp đề xuất bộ quan sát trạng thái khuếch đại cao mở rộng để ước lượng nhiễu loạn hệ thống phát điện phân tán này đến phụ tải bên ngoài, sự bất định về tham số mô hình, để bộ điều khiển bù khử, do đó đảm bảo tính ổn cần có biến tần. Hiệu suất của biến tần sẽ tác định toàn cục của bộ biến tần. Kết quả của bài báo được đánh giá thông qua mô phỏng trên động trực tiếp đến hiệu quả, tính ổn định và phần mềm Matlab-Simulink cho thấy bộ điều khiển đã đạt được các yêu cầu chất lượng. Bộ độ tin cậy của nguồn cung cấp điện [2]. Nhìn quan sát giúp giảm số lượng cảm biến, giảm chi phí và độ phức tạp của biến tần. chung, việc kiểm soát, điều khiển biến tần là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, hỗ trợ Từ khóa: Biên tần nối lưới; điều khiển phản hồi trạng thái; nguồn điện siêu nhỏ; quan sát cho việc triển khai thành công các hệ thống trạng thái. năng lượng tái tạo, góp phần vào tương lai ABSTRACT năng lượng xanh, bền vững. The inverter is an important device to connect the load to the micro power source. Biến tần thường sử dụng điều khiển vòng However, due to the change of component values, the change of model parameters, kép điện áp và dòng điện. Vòng ngoài được combined with measurement errors, external disturbances degrade the performance of the sử dụng để điều chỉnh điện áp đầu ra nhằm inverter and cause instability problems. To solve this problem, a passive noise-canceling đảm bảo điện áp ổn định khi tải và điện áp nonlinear controller is proposed for the inverter. The proposed method of the extended high- đầu vào thay đổi, trong khi vòng dòng điện gain state observer can online estimate the complex influencing factors such as external bên trong có nhiệm vụ cải thiện phản ứng disturbances, model parameter uncertainties, so that the controller can compensate, thus động của biến tần [3]. Cho đến nay, điều ensuring the overall stability of the inverter. The results of the paper are evaluated through khiển tích phân tỷ lệ (PI) thông thường đã simulation on Matlab-Simulink software, showing that the controller has achieved the quality được sử dụng rộng rãi làm bộ điều khiển cho requirements. The observer helps to reduce the number of sensors, reduce the cost and biến tần. Tuy nhiên, bộ điều khiển PI dễ bị complexity of the inverter. ảnh hưởng bởi các thay đổi tham số hệ thống Keywords: Grid-connected inverter; state feedback control; micropower sources; state và nhiễu loạn khác nhau [4]. Các nhà nghiên observer. cứu đã đề xuất các kỹ thuật điều khiển tiên tiến để cải thiện hiệu suất tĩnh và động của 1 Khoa Kỹ thuật điện, Trường Đại học Điện lực biến tần và đảm bảo hoạt động ổn định trong * Email: hienntt@epu.edu.vn mọi điều kiện vận hành. Gần đây, điều khiển thụ động (PBC - Passive Based Control) đã Ngày nhận bài: 15/9/2024 được đề xuất [5]. Ý tưởng cơ bản của PBC là Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 30/10/2024 năng lượng được lưu trữ trong bộ biến tần Ngày chấp nhận đăng: 28/11/2024 dưới dạng biến trạng thái và điều khiển năng 26 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Tập 60 - Số 11 (11/2024)
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 https://jst-haui.vn SCIENCE - TECHNOLOGY lượng của bộ biến tần bằng cách bổ sung giảm chấn để Do ảnh hưởng của điều kiện làm việc và môi trường, đạt được mục đích điều khiển. PBC đơn giản, bền vững các thông số bộ lọc của biến tần có thể thay đổi và sai số trước các thay đổi tham số và nhiễu bên ngoài, có ý nghĩa của cảm biến điện áp, dòng điện nên có thể đưa mô hình vật lý rõ ràng và có thể làm cho bộ biến tần ổn định toàn động của biến tần về dạng: cục trong mọi điều kiện. Trong bài báo này, một bộ PBC L fild  rf ild  ωL f iq   v d  v od   L f dld cho bộ biến tần độc lập được đề xuất, tích hợp một bộ  quan sát trạng thái hệ số khuếch đại cao mở rộng (EHGO L filq  rf ilq  ωL f id   v q  v oq   L f dlq  (3) - Extended High Gain state Observer). Bộ quan sát EHGO Cf v od  ωC f v oq   ild  iod   C f dod thực hiện ước lượng và loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng của  nhiễu và sự bất định của tham số mô hình, từ đó đảm bảo Cf v oq  ωC f v od   ilq  ioq   C f doq tính ổn định của bộ biến tần. Trong đó: dld ,dlq ,dod ,doq là giá trị nhiễu do các ảnh hưởng nêu trên. 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BÙ NHIỄU THỤ ĐỘNG Đưa hệ phương trình (3) về dạng: Ax  Bx  Rx  u   (4) Trong đó: Hình 1. Vị trí biến tần trong hệ năng lượng tái tạo L f 0 0 0  0 ωL f 1 0  2. MÔ HÌNH TOÁN 0  ωL Lf 0 0 0 0 1  A ,B   f 0 0 Cf 0  1 0 0 ωCf      0 0 0 Cf   0 1 ωCf 0  rf 0 0 0 vd  L f dld  0  v  L d  rf 0 0 ,u    ,ε    q f lq R 0 0 0 0 0   iod  Cf dod        Hình 2. Sơ đồ nguyên lý biến tần 0 0 0 0 0   ioq  Cf doq  Trong đó: Chỉ số “abc” biểu thị các biến trong tọa độ Với A là ma trận xác định dương, B là ma trận đối xứng ba pha; Cf, Lf là điện dung và điện cảm của bộ lọc; Uoabc, lệch, C là ma trận xác định dương đối xứng, u là vectơ điều Ioabc là điện áp và dòng điện đầu ra biến tần. khiển đầu vào, ε là nhiễu. Phương trình trạng thái của biến tần trong hệ tọa độ abc được viết: Theo phương trình (2) có : d  dIlabc L f ild2  L f i2lq    C f v 2od  Cf v 2oq   L f dt  rf Iabc  Uoabc  Uabc dt   (5)  (1)   v dild  v qilq    rf ild2  rf ilq2  v odiod  v oqioq  C dUoabc  I  I  0  f dt oabc labc Đặt H  L f ild2  L f i2lq    C f v 2od  Cf v 2oq  khi đó: T T Trong đó: Ilabc   ila ilb ilc  ; Uabc   v a vb vc  ; H  x T Ax  x T u  Bx  Rx   x T u  x T Rx (6) T Uoabc   v oa v ob v oc  ; rf là điện trở bộ lọc. T Biến trạng thái tham chiếu là: x *   ild* ilq* v *od v *od  Chuyển (1) về hệ tọa độ quay dq có:  dild Sai số vectơ trạng thái có dạng x e  x  x * , từ phương L f dt  rf ild  ωL f ilq  v od  v d  trình (4) có:  dilq A  x *  x e   B  x *  x e   R  x *  x e   u  ε (7) L f dt  rf ilq  ωL f ild  v oq  v q  (2) Biến đổi phương trình (7) có:  C dv od  i  ωC v  i  0  f dt od f oq ld Ax e  Bx e  Rx e  u  ε  Ax *  Bx *  Rx * (8)  dv C f oq  ioq  ωC f v od  ilq  0 Để biến tần ổn định, cần lượng thêm lượng ma trận  dt giảm chấn Cd. Vol. 60 - No. 11 (Nov 2024) HaUI Journal of Science and Technology 27
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ https://jst-haui.vn P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 R d  diag r1 r1 r2 r2  (9)  vˆ oq  ωv od  (ilq  ioq ) / C f  ε 4 α 41(v oq  vˆ oq )  dˆ oq   (20) Ma trận trở kháng mới được tính: ˆ dˆ oq  ε 4 α 42 (v oq  vˆ oq )  d oq 2 R'  R  R d (10) Trong đó: ε1 ,ε2 ,ε3 ,ε4 là hệ số khuếch đại của bộ quan Dựa trên phân tích trên, mô hình hệ thống trở thành: sát, các hệ số này lớn hơn 1. α1 ,α 2 ,α 3 ,α 4 là các hệ số quan Ax e  Bx e  R' x e  u  ε  Ax *  Bx *  R d x e (11) sát thoả mãn định thức Hurwitz. Từ đó luật điều khiển thụ động được đề xuất như sau: Chứng minh tích ổn định của EHGO: Để đơn giản, u  ε  Ax *  Bx *  Rx *  R d x e (12) phân tích ổn định của EHGO được đưa ra trong phương trình (17). Giả sử rằng nhiễu loạn liên tục bậc hai này có Luật điều khiển trên hệ trục tọa độ dq có dạng: thể phân biệt được và đạo hàm bị chặn:  v d  L f dld  L fild*  ωL filq*  v *od  rf ild*  r1(ild  ild* )  max sup | d |,sup |   d D  (21)  v q  L f dlq  L filq  ωL fild  v oq  rf ilq  r1(ilq  ilq ) * * * * * ld ld ld  * (13) Trong đó, D1d là số thực dương  ild  iod  Cf dod  C f v od  ωCf v oq  r2 (v od  v od ) * * *  ilq*  ioq  Cf doq  C f v oq *  ωCf v od *  r2 (v oq  v oq * ) Chọn hàm Lyapunov với P là ma trận xác định dương:  Ve  ηTPη (22) Đối với bộ biến tần, xét hàm Lyapunov như sau: 1 Đạo hàm 2 vế (22) có: V  e   e T Ae (14) 2 Ve  ηTPη  η T Pη Trong đó: A là ma trận xác định dương, V€ > 0 với  =ε1ηT (PM  MTP)η  (ηT PN  NTPη)d 1 e  0 . 2 T  =  ε || η|| 2η PNd 1 1 Đạo hàm hai vế (14) kết hợp với (4) ta có:  ε || η||2 2φ1 || η||  (ε1  1)|| η||2 φ12 V  e   e T Ae  e T  ψ  Be  Re   e T Re  0 (15)  α 1 Trong đó: M   11 là ma trận Hurwitz; Từ (15) có thể khẳng định hệ ổn đinh toàn cục.  α12 0  4. BỘ QUAN SÁT HIGH GAIN MỞ RỘNG  0  Trong (13) độ chính xác của mô hình hệ thống phụ B   2  ; φ1  D1 . λ1 ε12 ; λ1 là giá trị riêng lớn nhất của 1 ε1  thuộc các thành phần bất định dld, dlq, dod, doq. Tuy nhiên ma trận PTP. các thành phần này rất khó xác định bằng phương pháp đo lường, vì vậy đề xuất sử dụng bộ quan sát EHGO để D12 λ1 Có || η||2  We / λ1  0 ; φ12   0,5(ε1  1)δ1 / λ1 ước lượng thành phần này. Sau đây trình bày việc ước ε14 lượng dld, các thành phần khác được tiến hành tương tự. do đó: Sai số của bộ quan sát có dạng: V e  (ε1  1)Ve / λ1  φ12 T T     ˆ  η  η1 ,η2 ,η3   ild  ˆild , dld  dˆ ld / ε1 , d ld  d ld / ε12  (16)   (ε1  1)δ1 / λ1  φ12  (ε1  1)δ1 / λ1  0,5(ε1  1)δ1 / λ1 Kết hợp hệ phương trình (16) có bộ quan sát EHGO sau: =  0.5(ε1  1)δ1 / λ1 < 0 ˆi  r i / L  ωi  (v  v ) /L  ε α (i  ˆi )  dˆ Như vậy, bộ quan sát đảm bảo hội tụ.  ld f ld f lq d od f 1 11 ld ld ld  (17) 5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ˆ dˆ ld  ε1 α12 (ild  ˆild )  d ld 2 Trong phần trên, bài báo đã xây dựng bộ điều khiển Tương tự, EHGO với ba biến trạng thái khác như sau: thụ động kết hợp bộ quan sát EHGO cho hệ biến tần. Mô hình mô phỏng được thực hiện trên Matlab/Simulink. ˆi  r i / L  ωi  (v  v ) /L  ε α (i  ˆi )  dˆ  lq f lq f ld q oq f 2 21 lq lq lq Tham số mô phỏng như sau: r1 = 0,5Ω; r2 = 0,1Ω; Cf = 55μF;  (18) dˆ ld  ε22α22 (ild  ˆild )  dˆ ld Lf = 2mH; ε1 = 50; ε2 = 50 ; ε3 = 10; αi1 = 5; ε12 = 10. Mô hình mô phỏng sử dụng 14 mô-đun Trina Solar  vˆ od  ωv oq  (ild  iod ) / C f  ε3 α31(v od  vˆ od )  dˆ od TSM-250 được kết nối nối tiếp. Xây dựng mô hình biến tần  (19) nối lưới, sử dụng bộ điều khiển thụ động kết hợp bộ quan dˆ od  ε32 α 32 (v od  vˆ od )  dˆ od sát nhiễu EHGO như thể hiện trên hình 3. 28 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Tập 60 - Số 11 (11/2024)
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 https://jst-haui.vn SCIENCE - TECHNOLOGY Hình 3. Mô hình mô phỏng điều khiển biến tần cho trạm phát điện mặt trời Cường độ bức xạ năng lượng mặt trời ban đầu đặt là 250W/m2 và nhiệt độ 250C. Tại t = 1 giây, độ rọi mặt trời tăng từ 250W/m2 lên 750W/m2 và đến 2 giây giảm xuống 500W/m2. Ngoài ra, đầu vào còn có nhiễu ngẫu nhiên với biên độ 30, tần số lấy mẫu 0,01 giây. Kết quả mô phỏng như thể hiện trên hình 4 ÷ 9. Hình 6. Cường độ dòng điện id của biến tần Hình 4. Bức xạ mặt trời Hình 7. Cường độ dòng điện iq của biến tần Hình 5. Điện áp đầu ra của hệ pin mặt trời Hình 8. Điện áp pha A sau biến tần Vol. 60 - No. 11 (Nov 2024) HaUI Journal of Science and Technology 29
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ https://jst-haui.vn P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 AUTHOR INFORMATION Nguyen Thi Thu Hien Electric Power University, Vietnam Hình 9. Cường độ dòng điện pha A sau biến tần Nhận xét: Từ các kết quả mô phỏng thấy rằng, bộ điều khiển PBC kết hợp bộ quan sát EHGO đã cho kết quả tốt, đáp ứng đầu ra bám sát tín hiệu đặt (hình 5). Khi thay đổi cường độ bức xạ ánh sáng mặt trời kết hợp nhiễu ngoài tác động, điện áp đầu ra biến tần và điện áp nối lưới vẫn được duy trì ổn định; cường độ dòng điện thay đổi theo tín hiệu đặt. 6. KẾT LUẬN Bài báo đã trình bày kết quả tổng hợp bộ điều khiển PBC kết hợp bộ quan sát nhiễu EHGO cho hệ biến tần. Kết quả thu được cho thấy bộ điều khiển và bộ quan sát đảm bảo được yêu cầu chất lượng cho hệ biến tần, có thể ứng dụng trong việc nối tải, hòa lưới nguồn năng lượng tái tạo như điện gió và mặt trời. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. L. Hassaine, E. Olias, J. Quintero, M. Haddadi, “Digital power factor control and reactive power regulation for grid-connected photovoltaic inverter,” Renewable Energy, 34, 1, 315-321, 2009. [2]. Hassaine L., Olias E., Quintero J., Barrado A., “Digital control based on the shifting phase for grid connected photovoltaic inverter”, in 2008 Twenty- Third Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, Austin, TX, USA, 945-951, 2008. doi: 10.1109/APEC.2008.4522835. [3]. Hosseinzadeh N., Aziz A., Mahmud A., Gargoom A., Rabbani M., “Voltage stability of power systems with renew able energy inverter based generators: A review,” Electronics, 10, 115, 2021. [4]. Li Y., Meng K., Dong Z. Y., Zhang W., “Sliding frame work for inverter based micro grid control,” IEEE Trans. Power Syst., 35, 1657-1660, 2020. [5]. Zhao J., Wu W., Gao N., Wang H., Chung H. S. H., Blaabjerg F., “Combining passivity-based control with active damping to improve stability of LCL filtered grid-connected voltage source inverte,” in Proceedings of the 2018 IEEE International Power Electronics and Application Conference and Exposition (PEAC), Shenzhen, China, 2018. 30 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Tập 60 - Số 11 (11/2024)

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2438 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright ©2025 TaiLieu.VN. All rights reserved.