Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của biến tần một pha nối lưới

Bài báo này đề xuất một phương pháp điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của biến tần một pha nối lưới theo hướng điều khiển điện áp đầu ra. Các thông số trạng thái của hệ thống một pha được phân tích, thiết kế trên hệ qui chiếu ảo 2 pha. Kết quả mô phỏng trên MatlabSimulink và Psim đã cho thấy tính khả thi của sơ đồ đề xuất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của biến tần một pha nối lướiLại Khắc LãiTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ122(08): 143 - 147ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNGCỦA BIẾN TẦN MỘT PHA NỐI LƯỚILại Khắc Lãi*Đại học Thái NguyênTÓM TẮTBiến tần một pha nối lưới ngày càng được sử dụng rộng rãi để nâng cao hiệu quả khai thác cácnguồn năng lượng tái tạo với qui mô vừa, nhỏ và phân tán. Trong quá trình vận hành biến tần,ngoài việc đồng bộ hóa với lưới còn cần phải điều khiển một số thông số trạng thái khác của biếntần. Bài báo này đề xuất một phương pháp điều khiển công suất tác dụng và công suất phản khángcủa biến tần một pha nối lưới theo hướng điều khiển điện áp đầu ra. Các thông số trạng thái của hệthống một pha được phân tích, thiết kế trên hệ qui chiếu ảo 2 pha. Kết quả mô phỏng trên MatlabSimulink và Psim đã cho thấy tính khả thi của sơ đồ đề xuất.Từ khóa: điều khiển, công suất tác dụng, công suất phản kháng, biến tần một pha, nối lướiGIỚI THIỆU*Sơ đồ khối của biến tần nối lưới được chỉ ratrên hình 1, trong đó L là điện cảm của cuộnkháng lọc và R là điện trở của chúng, E là trịhiệu dụng của điện áp đầu ra bộ nghịch lưu, Ulà trị hiệu dụng điện áp lưới điện. i là dòngđiện chạy trong mạch.+P,QEUĐồ thị véc tơ biểu diễn quan hệ (2) như hình2. Trong đó  là góc lệch pha giữa điện áp vàdòng điện biến tần bơm vào lưới,  là góc lệcpha giữa điện áp đầu ra biến tần và điện áplưới. Từ đồ thị véc tơ ta có quan hệ:EsinXI cosCông suất tác dụng và công suất phản khángtừ biến tần vào lưới được xác định:Ci-RLGridPUI cos( )QUI sin( )InverterHình 1: Sơ đồ khối của nghịch lưu nối lướiQuan hệ giữa điện áp ra của biến tần và điệnáp lưới được biểu diễn qua phương trìnhKirhop 2 dưới dạng số phức:EURjX I(1)Giá trị điện trở của cuộn kháng thường rấtnhỏ, nên để đơn giản ta có thể bỏ qua chúng,khi đó phương trình (1) trở thành:EUjXI(2)EjXIUIHình 2: Đồ thị véc tơ u, i*Tel: 0913 507464(3)EUsin( )XU 2 EUcos( )XX(4)(5)Biểu thức (4) và (5) cho thấy có thể điềukhiển công suất tác dụng và công suất phảnkháng đưa vào lưới điện bằng cách điều chỉnhgóc lệch pha giữa 2 điện áp() hoặc điềuchỉnh điện áp đầu ra của biến tần (E). Phươngpháp điều khiển góc điện áp là phương phápđơn giản nhất và đã được đề cập trong các tàiliệu [3,6].Trong bài báo này, chúng tôi đềxuất phương pháp điều chỉnh công suất tácdụng và công suất phản kháng bơm vào lướiđiện thông qua việc điều chỉnh điện áp đầu racủa biến tần, gọi là điều khiển theo hướngđiện áp. Nội dung bao gồm: Nguyên tắc điềukhiển công suất, sơ đồ điều khiển công suất,mô hình hóa và mô phỏng.CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNGSUẤT PHẢN KHÁNG MỘT PHA TRÊNHỆ QUI CHIẾU ẢO 2 TRỤCTheo các biến được định nghĩa trong hình 1,143Lại Khắc LãiTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆbiểu thức công suất tác dụng và công suấtphản kháng của biến tần một pha nối lưới cóthể viết như sau:PQ1U m I m1 cos21U m I m1 sin21Trong đó Um và Im1 lần lượt là giá trị biênđộcủa điện áp lưới và thành phần cơ bản củadòng điện lưới, còn φ1 là góc lệch pha giữahai thành phần đó. Ta chuyển các công suấtnày sang hệ thống 2 pha trực giao từ tín hiệumột pha thông thường. Sau đó, ứng dụng củalý thuyết công suất tức thời phát triển cácphương pháp mới để điều khiển và phân tíchcác hệ thống điệnmột pha. Do bản chất của hệthống là một pha, nên để có 2 pha trực giaocần phải tạo ra một pha ảo, tín hiệu ở pha ảonày vuông pha với tín hiệu pha thực, cũngchính lý do này mà chúng được gọi là hệthống ảo 2 pha. Từ đó có thể biểu diễn hệthống chuyển đổi năng lượng điện tử 1 phatrên hệ qui chiếu tĩnh (αβ) hoặc hệ qui chiếuđồng bộ (dq). Các chuyển đổi này rất đơngiản và dễ dàng phân tích, đặc biệt khi cầnxác định công suất tác dụng và phản khángtức thời của hệ thống 1 pha.Có nhiều cách tạo ra thành phần tín hiệu thứhai trực giao để thực hiện hệ thống ảo hai pha.Đơn giản nhất là dịch góc pha của tín hiệu 1pha một góc 900, hoặc sử dụng bộ tích phânbậc hai tổng quát (SOGI -second-ordergeneralised integrator) [5]. Cấu trúc của SIGIđược mô tả trên hình 3, trong đó k là hệ sốgiảm chấn,  là tần số góc cơ bản. Sử dụngSOGI có ưu điểm nổi bật là tùy thuộc vào hệsố k mà cho ta một vài loại lọc và có giảmméo điện áp lưới. Từ hình 3 ta thu được đặctính hàm số truyền của SOGI.X (s)X(s)X (s)sX(s)s21442k sk sk 2k sxαx + -2(7)2+k(6)1122(08): 143 - 147∫ω-∫ωxβHình 3: Sơ đồ nguyên lý SOGITương tự như hệ thống ba pha, công suất tácdụng và phản kháng tức thời trong hệ quichiếu tĩnh , có thể được định nghĩa:pquuuuii(8)Áp dụng (7) cho điện áp lưới (u) và dòng điện(i) mà không kể đến thành phần sóng hài, ta xâydựng được hệ thống hai pha trực giao như sau:uuiU m sin t(9)U m cos tI m1 sinti1nn 3,5,...iI m1cost(10)i1nn 3,5,...Tr ...