Nghiên cứu giảm điện áp commonmode cho bộ biến đổi rotor máy phát không đồng bộ

Điện áp common-mode (common mode voltage) là một trong những vấn đề quan trọng trong các hệ thống điện, đặc biệt là trong bộ biến đổi phía rotor của máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG). Điện áp này phát sinh trong quá trình điều khiển mạch nghịch lưu, gây ra nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Những tác động này bao gồm việc tăng cường dòng điện rò trong máy điện, làm giảm tuổi thọ của lớp cách điện giữa các cuộn dây quấn, và có thể dẫn đến hư hỏng bề mặt ổ bi trong máy điện. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp điều khiển nhằm giảm điện áp common-mode là rất cần thiết để nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống. Theo một nghiên cứu, "Điện áp common-mode gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến hệ thống truyền động điện như: làm tăng dòng điện rò trong máy điện, làm giảm tuổi thọ lớp cách điện giữa các cuộn dây quấn trong máy điện".

Mô hình động của máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG) được xây dựng dựa trên các phép biến đổi hệ tọa độ, bao gồm phép biến đổi abc/dq và abc/αβ. Các mô hình này giúp phân tích và điều khiển điện áp stator cho DFIG. Mô hình vector không gian và mô hình trong hệ tọa độ dq cho phép xác định các thông số điện áp và dòng điện trong hệ thống. Sự phát triển của các bộ biến đổi điện tử công suất đã giúp cải thiện khả năng điều khiển công suất của máy phát, tạo điều kiện cho việc kết nối dễ dàng với lưới điện. Một nghiên cứu cho thấy, "Sự phát triển của các bộ biến đổi điện tử công suất không chỉ giúp hạn chế được các tác động của hiện tượng stress cơ học trên trục turbine gió mà còn mang đến khả năng điều khiển linh hoạt công suất của máy phát".

Giải thuật điều khiển giảm điện áp common-mode cho bộ biến đổi phía rotor (RSC) trong hệ thống DFIG được phát triển dựa trên kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) và kỹ thuật sóng mang. Giải thuật này nhằm mục đích giảm thiểu điện áp common-mode trong quá trình vận hành của mạch nghịch lưu. Cụ thể, giải thuật được xây dựng từ kỹ thuật sóng mang sử dụng hàm offset, cho phép điều chỉnh điện áp và dòng điện để giảm thiểu các tác động tiêu cực từ điện áp common-mode. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả rõ rệt của giải thuật đề xuất, với việc giảm đáng kể điện áp common-mode trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Điều này chứng tỏ rằng, "Giải thuật được xây dựng dựa trên kỹ thuật sóng mang sử dụng hàm offset và được mô phỏng bằng phần mềm MATLAB/Simulink R2016b".

Mô phỏng hệ thống DFIG với bộ biến đổi phía rotor hoạt động ở chế độ nghịch lưu được thực hiện bằng phần mềm MATLAB/Simulink. Các thông số mô phỏng được thiết lập để đánh giá hiệu quả của giải thuật điều khiển giảm điện áp common-mode. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng, việc áp dụng giải thuật này không chỉ giúp giảm điện áp common-mode mà còn cải thiện hiệu suất hoạt động của máy phát. Các dạng sóng điện áp và dòng điện được ghi nhận trong quá trình mô phỏng cho thấy sự ổn định và hiệu quả của hệ thống. Kết quả này khẳng định rằng, "Kết quả mô phỏng đã thể hiện được hiệu quả của giải thuật đề xuất".

Việc nghiên cứu và phát triển giải thuật điều khiển giảm điện áp common-mode trong bộ biến đổi phía rotor của máy phát không đồng bộ nguồn kép mang lại nhiều lợi ích cho hệ thống. Giải thuật này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của máy phát mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng trong các hệ thống năng lượng tái tạo. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc tối ưu hóa giải thuật điều khiển để phù hợp hơn với các điều kiện vận hành thực tế, cũng như nghiên cứu thêm về các công nghệ mới trong lĩnh vực điện tử công suất. Điều này cho thấy rằng, "Giải thuật điều khiển mới nhằm làm giảm điện áp common-mode của bộ biến đổi phía rotor hoạt động ở chế độ nghịch lưu trong hệ thống máy phát không đồng bộ nguồn kép".