Luận Án Tiến Sĩ Kỹ Thuật: Nghiên Cứu Điều Khiển Bộ Nghịch Lưu Nối Lưới Trong Mạng Điện Phân Phối

Luận án tiến sĩ kỹ thuật điều khiển bộ nghịch lưu nối lưới trong mạng điện phân phối, nghiên cứu giải pháp tối ưu hiệu suất và ổn định hệ thống điện.

Chuyên ngành

Kỹ thuật điện

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án tiến sĩ

2017

194
4
0

Phí lưu trữ

45 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: SỰ PHÁT TRIỂN CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

1.1. Cấu trúc của nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo

1.2. Các tiêu chuẩn nối lưới

1.3. Các nghiên cứu khoa học liên quan

1.3.1. Hệ thống điện gió nối lưới

1.3.2. Hệ thống điện mặt trời sử dụng nghịch lưu nối lưới

1.3.2.1. Cách tiếp cận
1.3.2.2. Kỹ thuật điều chế
1.3.2.2.1. Kỹ thuật dựa vào yêu cầu về độ méo toàn phần
1.3.2.2.2. Kỹ thuật thay đổi sóng mang và sóng điều chế
1.3.2.2.3. Phương pháp trải phổ nhiễu âm
1.3.2.2.4. Phương pháp độ nhấp nhô hằng số
1.3.2.2.5. Kỹ thuật thay đổi tần số chuyển mạch tối ưu
1.3.2.2.6. Đề xuất kỹ thuật điều chế
1.3.2.3. Độ chính xác của tham số hòa đồng bộ
1.3.2.3.1. Phương pháp PLL thông thường
1.3.2.3.2. Vòng khóa pha sử dụng bộ tích phân tổng quát bậc hai
1.3.2.3.3. Đặc điểm của vòng khóa pha
1.3.2.3.4. Nhận xét và đề xuất phương pháp nâng cao chất lượng PLL
1.3.2.4. Sự ổn định của nguồn điện áp DC
1.3.2.5. Tham số bộ điều khiển

1.4. Tóm tắt chương 1

2. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỬ DỤNG CHU KỲ CHUYỂN MẠCH THAY ĐỔI

2.1. Phương pháp tiếp cận

2.2. Hàm mục tiêu

2.3. Đề xuất giảm sóng hài sử dụng kỹ thuật GA

2.3.1. Xác định trọng số hàm chu kỳ chuyển mạch

2.3.2. Xác định từng chu kỳ chuyển mạch

2.4. Kết quả mô phỏng

2.4.1. Nghịch lưu tải trở

2.4.2. Nghịch lưu nối lưới

2.4.2.1. Tần số chuyển mạch cố định
2.4.2.2. Phương pháp tần số chuyển mạch thay đổi dựa vào TDD
2.4.2.3. Phương pháp độ nhấp nhô hằng số
2.4.2.4. Phương pháp trải phổ cải tiến
2.4.2.5. Kỹ thuật đề xuất

2.5. Nhận xét kết quả của nghịch lưu nối lưới

2.6. Tóm tắt chương 2

3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG NHANH VÀ CHÍNH XÁC THAM SỐ ĐIỆN ÁP LƯỚI

3.1. Tham số hòa đồng bộ

3.2. Kỹ thuật ước lượng tham số đề xuất

3.3. Kết quả mô phỏng và thí nghiệm

3.3.1. Cài đặt tham số

3.3.2. Kết quả và nhận xét

3.3.2.1. Trường hợp thứ nhất
3.3.2.2. Trường hợp thứ hai

3.4. Tóm tắt chương 3

4. CHƯƠNG 4: GIẢM ĐỘ NHẤP NHÔ ĐIỆN ÁP DC VÀ CẢI TIẾN HỆ SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN

4.1. Giảm độ nhấp nhô điện áp DC bằng kỹ thuật MPPT với số gia biến đổi

4.1.1. Dò điểm công suất cực đại của pin mặt trời

4.1.2. Giải thuật MPPT đề xuất

4.1.3. Kết quả mô phỏng

4.1.3.1. Số gia cố định
4.1.3.2. Số gia biến đổi

4.1.4. Nhận xét kết quả

4.2. Cải tiến tham số bộ điều khiển dùng giải thuật PSO

4.2.1. Bộ điều khiển dòng điện

4.2.2. Phương pháp dựa vào hàm truyền

4.2.2.1. Cơ sở của nguyên lý điều khiển PR
4.2.2.2. Xác định tham số bộ điều khiển
4.2.2.3. Phương pháp tối ưu bầy đàn

4.2.3. Kết quả khảo sát

4.2.3.1. Phương pháp dựa vào hàm truyền
4.2.3.2. Phương pháp PSO đề xuất

4.3. Tóm tắt chương 4

4.4. Kết quả đạt được

4.4.1. Kỹ thuật điều chế

4.4.2. Ước lượng nhanh chóng và chính xác các tham số điện áp lưới

4.4.3. Ổn định điện áp DC

4.4.4. Cải tiến tham số bộ điều khiển

4.5. Hướng phát triển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

PHỤ LỤC

A. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

B. CÁC KÝ HIỆU

C. LIỆT KÊ HÌNH

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Luận Án Tiến Sĩ

Luận án tiến sĩ này tập trung vào việc điều khiển bộ nghịch lưu nối lưới trong mạng điện phân phối. Với sự phát triển của hệ thống điện sử dụng năng lượng tái tạo, việc tối ưu hóa hệ thốngnâng cao chất lượng điện năng trở nên cấp thiết. Bộ nghịch lưu đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng từ nguồn phân tán như điện mặt trờiđiện gió vào lưới điện. Tuy nhiên, các sóng hài phát sinh từ nghịch lưu nối lưới ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng điện năng. Luận án đề xuất các giải pháp công nghệ điều khiển để giảm thiểu vấn đề này.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu

Sự gia tăng của nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo đã thúc đẩy nghiên cứu về nghịch lưu nối lưới. Các hệ thống điện hiện đại yêu cầu điều khiển tự độngtối ưu hóa hệ thống để đảm bảo phân phối điện hiệu quả. Luận án tiến sĩ này nhằm giải quyết các thách thức liên quan đến sóng hàichất lượng điện năng trong mạng lưới điện.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận án là đề xuất các kỹ thuật điều khiển tiên tiến để giảm sóng hài trong nghịch lưu nối lưới. Các giải pháp bao gồm điều chế tần số thay đổi, ước lượng tham số điện áp lưới, và tối ưu hóa bộ điều khiển dòng điện. Những phương pháp này nhằm nâng cao chất lượng điện nănghiệu suất hệ thống.

II. Các kỹ thuật điều khiển nghịch lưu nối lưới

Luận án đề xuất bốn kỹ thuật điều khiển chính để giảm sóng hài trong nghịch lưu nối lưới. Các kỹ thuật này bao gồm điều chế tần số thay đổi, ước lượng tham số điện áp lưới, giảm độ nhấp nhô điện áp DC, và tối ưu hóa bộ điều khiển dòng điện. Mỗi kỹ thuật được phân tích chi tiết thông qua mô phỏngthí nghiệm để đánh giá hiệu quả.

2.1. Điều chế tần số thay đổi

Phương pháp điều chế tần số thay đổi sử dụng giải thuật di truyền để giảm sóng hài mà không làm tăng tổn hao chuyển mạch. Kỹ thuật này giúp trải phổ sóng hài trong một phạm vi rộng, giảm thiểu nhiễu và kích thước bộ lọc thụ động.

2.2. Ước lượng tham số điện áp lưới

Kỹ thuật ước lượng tham số điện áp lưới sử dụng giải thuật Levenberg-Marquardt để nâng cao độ chính xác và tốc độ hòa đồng bộ. Phương pháp này giúp giảm sóng hài và cải thiện chất lượng điện năng.

III. Ứng dụng và đánh giá thực tế

Các giải pháp đề xuất trong luận án đã được kiểm tra thông qua mô phỏng trên MATLAB/Simulinkthí nghiệm trên các mô hình vật lý. Kết quả cho thấy các kỹ thuật này giúp giảm đáng kể sóng hài, nâng cao chất lượng điện năng, và giảm kích thước bộ lọc phụ. Những ứng dụng này có tiềm năng lớn trong việc cải thiện hệ thống điện phân phối sử dụng năng lượng tái tạo.

3.1. Kết quả mô phỏng

Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của các phương pháp đề xuất trong việc giảm sóng hài và cải thiện chất lượng điện năng. So sánh với các phương pháp hiện có, các giải pháp này cho thấy sự vượt trội về hiệu suất và độ tin cậy.

3.2. Kết quả thí nghiệm

Các thí nghiệm trên mô hình vật lý sử dụng DSP F28335Dspace-1103 đã khẳng định tính khả thi của các giải pháp trong thực tế. Kết quả thí nghiệm phù hợp với kết quả mô phỏng, chứng minh tính ứng dụng cao của các kỹ thuật đề xuất.

01/03/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1. T 2 3 32T KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỬ DỤNG CHU KỲ CHUYỂN MẠCH 32T THAY ĐỔI 32T xii 2.2 T 2 3 T 2 3 Phương pháp tiếp cận.3 T 2 3 T 2 3 Hàm mục tiêu .4 T 2 3 T 2 3 Đề xuất giảm sóng hài sử dụng kỹ thuật GA .1 T 2 3 32T Xác định trọng số hàm chu kỳ chuyển mạch .2 T 2 3 32T Xác định từng chu kỳ chuyển mạch .5 T 2 3 T 2 3 Kết quả mô phỏng.1 T 2 3 32T Nghịch lưu tải trở .2 T 2 3 32T Nghịch lưu nối lưới .1 32T 32T Tần số chuyển mạch cố định .2 32T 32T Phương pháp tần số chuyển mạch thay đổi dựa vào TDD .3 32T 32T Phương pháp độ nhấp nhô hằng số .4 32T 32T Phương pháp trải phổ cải tiến .5 32T 32T Kỹ thuật đề xuất .3 T 2 3 32T Nhận xét kết quả của nghịch lưu nối lưới .6 T 2 3 T 2 3 Tóm tắt chương 2. T 2 3 32T PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG NHANH VÀ CHÍNH XÁC 32T THAM SỐ ĐIỆN ÁP LƯỚI 32T 3.1 T 2 3 T 2 3 Tham số hòa đồng bộ.2 T 2 3 T 2 3 Kỹ thuật ước lượng tham số đề xuất.3 T 2 3 T 2 3 Kết quả mô phỏng và thí nghiệm .1 T 2 3 32T Cài đặt tham số .2 T 2 3 32T Kết quả và nhận xét .1 32T 32T Trường hợp thứ nhất .2 32T 32T Trường hợp thứ hai .4 T 2 3 T 2 3 Tóm tắt chương 3. T 2 3 32T GIẢM ĐỘ NHẤP NHÔ ĐIỆN ÁP DC VÀ CẢI TIẾN HỆ SỐ 32T BỘ ĐIỀU KHIỂN 32T 4.1 T 2 3 T 2 3 Giảm độ nhấp nhô điện áp dc bằng kỹ thuật mppt với số gia biến đổi 97 32T T 2 3 4.1 T 2 3 32T Dò điểm công suất cực đại của pin mặt trời .2 T 2 3 32T Giải thuật MPPT đề xuất .3 T 2 3 32T Kết quả mô phỏng .1 32T 32T Số gia cố định .2 32T 32T Số gia biến đổi .4 T 2 3 32T Nhận xét kết quả .2 T 2 3 T 2 3 Cải tiến tham số bộ điều khiển dùng giải thuật PSO .1 T 2 3 32T Bộ điều khiển dòng điện .2 T 2 3 32T Phương pháp dựa vào hàm truyền .1 32T 32T Cơ sở của nguyên lý điều khiển PR .2 32T 32T Xác định tham số bộ điều khiển.3 T 2 3 32T Phương pháp tối ưu bầy đàn .4 T 2 3 32T Kết quả khảo sát .1 32T 32T Phương pháp dựa vào hàm truyền .2 32T 32T Phương pháp PSO đề xuất .3 T 2 3 T 2 3 Tóm tắt chương 4 .1 T 2 3 T 2 3 Kết quả đạt được .1 T 2 3 32T Kỹ thuật điều chế .2 T 2 3 32T Ước lượng nhanh chóng và chính xác các tham số điện áp lưới.3 T 2 3 32T Ổn định điện áp DC .4 T 2 3 32T Cải tiến tham số bộ điều khiển .2 T 2 3 T 2 3 Hướng phát triển .129 32T 32T TÀI LIỆU THAM KHẢO .130 T 2 3 32T DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ .140 T 2 3 T 2 3 PHỤ LỤC xv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT APF (active power filter) Bộ lọc công suất tích cực Con (conventional) Phương pháp thông thường CR (constant ripple) Nhiễu hằng số CSVPWM (conventional space vector Điều chế vector không gian thông thường pulse width modulation) DG (distributed generation) Nguồn điện phân tán DSOGI (dual second-order general in- Bộ tích phân tổng quát bậc hai kép tegrator) DSP (digital signal processor) Bộ xử lý tín hiệu số D-STATCOM (distributed static com- Thiết bị bù phân tán pensator) DVR (dynamic voltage restorer) Bộ phục hồi điện áp động f-est Tần số ước lượng được FLL (frequency-locked loop) Vòng khóa tần số f-ref Tần số đặt FRT (fault-ride through) Trải qua sự cố Giải thuật di truyền GA (genetic algorithm) HIPWP-FMTC (harmonic injection Khử hài lựa chọn sử dụng bơm hài vào sóng PWM frequency modulated triangular điều khiển và điều chế tần số sóng mang carrier) INC (Incremental Conductance) Gia tăng điện dẫn L-M (Levenberg-Marquardt) Giải thuật Levenberg-Marquardt MP Mô phỏng MPPT (Maximum Power Point Track- Dò điểm công suất cực đại ing) MSANS (modified SANS) Trải phổ nhiễu âm cải tiến MSHDC (multi-sequence harmonic de- Bộ tách nhiều thành phần hài coupling cell) NCKCB Nửa chu kỳ cơ bản NTA (Newton-Type Algorithm) Giải thuật Newton P&O (Perturb & Observe) Tạo nhiễu và quan sát PCC (point of common coupling) Điểm nối chung PI (Proportional Integrator) Tích phân tỉ lệ PLL (phase-locked loop) Vòng khóa pha PR (Proportional Resonant) Cộng hưởng tỉ lệ Proposed Phương pháp đề xuất PSO (particle swarm optimization) Tối ưu bầy đàn QSG (quadrature signal generator) Bộ phát tín hiệu trực giao SANS (spread of acoustic noise spec- Trải phổ nhiễu âm trum) xvi SHE (selective harmonic elimination) Khử hài lựa chọn SOGI (second-order general integrator) Bộ tích phân tổng quát bậc hai SPWM (sinusoidal pulse width modu- Điều chế độ rộng xung dựa vào sóng sin lation) SVPWM (space vector sinusoidal pulse Điều chế vector không gian width modulation) TDD (total distortion demand) Yêu cầu độ méo toàn phần TN Thí nghiệm THD (total harmonic distortion) Độ méo hài toàn phần theta-est Góc pha ước lượng được theta-ref Góc pha đặt UPS (uninterruptible power supply) Bộ nguồn dự phòng VFPWM (variable frequency pulse Điều chế độ rộng xung sử dụng tần số thay width modulation) đổi VSFPWM (variable switching fre- Điều chế độ rộng xung sử dụng tần số quency pulse width modulation) chuyển mạch thay đổi PCC (point of common coupling) Điểm ghép nối chung xvii CÁC KÝ HIỆU α Độ dài bước lặp A Hệ số lý tưởng C1 R Hằng số phụ thuộc V dc , L f R R R R C2 R Hằng số phụ thuộc V dc , L f , I 1 , m R R R R R R χ 2 P Tổng các bình phương của các sai số có trọng số DC Một chiều φ Góc pha ban đầu f sw R Tần số chuyển mạch H GD R Độ nhiễu theo phương pháp suy giảm độ dốc H GN R Độ nhiễu theo phương pháp Gauss-Newton H LM R Độ nhiễu theo Levenberg-Marquardt I1 R Dòng điện hiệu dụng cơ bản Iα R Dòng điện trục thực Iβ R Dòng điện trục ảo J Ma trận Jacobi k Phân số điều chỉnh K Hằng số Boltzmann λ Độ lớn điều chỉnh bước lặp Lf R Điện cảm bộ lọc Lg R Điện cảm phía lưới m Chỉ số điều chế µ Tham số ngõ ra P Công suất tác dụng Q Công suất phản kháng R Tải trở R-L Tải trở nối tiếp tải cảm Tc Chu kỳ chuyển mạch cố định τc R R Nhiệt độ của dàn pin mặt trời Ts Chu kỳ chuyển mạch Ts-var Chu kỳ chuyển mạch thay đổi Vα Điện áp trục thực Vβ Điện áp trục ảo Vdc Điện áp nguồn một chiều Vg Điện áp phía lưới Vi Điện áp nghịch lưu xviii ω Tần số góc W Ma trận trọng số wi Giá trị trọng số của sai số phép đo θ Góc pha Giá trị ước lượng được K1 Trọng số quán tính K2, K3, K4 Các hệ số gia tốc xix LIỆT KÊ HÌNH TRANG Hình 1.1: Mức đầu tư điện gió và mặt trời của thế giới .2: Hệ thống điện gió dùng máy phát không đồng bộ [1] .3: Cấu trúc của một hệ thống điện mặt trời nối lưới [4] .4: Nghịch lưu nối lưới cầu H.5: Sóng mang, điện áp và độ nhấp nhô dòng điện .6: Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu nguồn áp 1 pha .7: Đáp ứng động khi thay đổi công suất tại 0.8: Kỹ thuật điều chế trong [26] .10: Sự thay đổi độ nhấp nhô dòng điện trong một sector của SVPWM.11: Phân bố tần số chuyển mạch trong [29] .12: So sánh hài bậc thấp .13: So sánh nhiễu điện từ EMI (giảm 10dB) .14: Sự thay đổi của chu kỳ chuyển mạch trong mỗi sector .15: THD dòng điện trong [30] .16: Dạng sóng dòng điện và điện áp .17: PLL sử dụng phương pháp thông thường.18: Khi điện áp ba pha cân bằng .19: Điện áp ba pha không cân bằng .21: Kỹ thuật DSOGI dùng để dò thứ tự thuận .22: Đáp ứng của DSOGI .23: Kỹ thuật khóa tần số FLL .24: Các điểm đo và đại lượng ước lượng được .1: Dòng điện ngõ ra của nghịch lưu (m=0.2: Sơ đồ nguyên lý mạch điện thí nghiệm .3: Hệ thống thí nghiệm.4: Tổng tổn hao với các tần số chuyển mạch cố định khác nhau.5: Phổ hài dòng điện của tần số chuyển mạch cố định 5 kHz (Ts=200 µs) .6: Kết quả thí nghiệm .7: Mã hóa chu kỳ sóng mang sử dụng GA .8: Tần số và chu kỳ chuyển mạch đã chuẩn hóa (m=0.9: Chu kỳ ban đầu và các biên trong GA.10: Lưu đồ GA và hàm mục tiêu.

(a) Giải thuật GA; (b) Hàm mục tiêu .11: Kết quả Ts-var sau khi thực hiện GA .12: Phân bố của sóng mang và dòng điện ngõ ra trong NCKCB.13: Các xung PWM được phóng to gần đỉnh dòng điện (ωt =0.14: Xung PWM phóng to gần zero của dòng điện (ωt =0.15: Bình phương độ nhấp nhô dòng điện của chu kỳ cố định.16: Bình phương độ nhấp nhô dòng điện của chu kỳ đề nghị.17: Phổ độ nhấp nhô dòng điện của chu kỳ đề nghị.18: Tổn hao chuyển mạch tức thời và tổn hao chuyển mạch trung bình.19: Sơ đồ nguyên lý điều khiển.20: Đáp ứng của công suất .21: Đáp ứng của dòng điện và điện áp ngõ ra của chu kỳ cố định.22: Tổn hao chuyển mạch và THD của chu kỳ cố định .23: Đáp ứng của dòng điện và điện áp ngõ ra của TDD.24: Tổn hao chuyển mạch và THD của phương pháp TDD.25: Phổ hài dòng điện của TDD .26: Đáp ứng của dòng điện và điện áp ngõ ra của độ nhấp nhô hằng số .27: Tổn hao chuyển mạch và THD của CR .28: Phổ hài dòng điện của phương pháp độ nhấp nhô hằng số .29: Đáp ứng của dòng điện và điện áp ngõ ra của MSANS.30: Tổn hao chuyển mạch và THD của MSANS.31: Phổ hài dòng điện của MSANS .32: Đáp ứng của kỹ thuật đề nghị .33: Tổn hao chuyển mạch và THD của kỹ thuật đề nghị .34: Phổ dòng điện của kỹ thuật đề nghị .35: Chu kỳ và tổn hao chuyển mạch phóng to khi cosϕ=1.36: Chu kỳ và tổn hao chuyển mạch phóng to khi cosϕ<1.37: Dòng và áp khi cosϕ<1 .38: THD dòng điện.1: PLL đề nghị sử dụng giải thuật Levenberg-Marquardt.2: Lưu đồ giải thuật đề xuất .3: Điện áp ngõ vào của ba pha; (a)-(b): MP; (c)-(f): TN .5: Biên độ điện áp ước lượng được .6: Điện áp mô phỏng phóng to tại 0.7: Đáp ứng của điện áp ước lượng .8: Tần số mô phỏng ước lượng được .9: Tần số phóng to trong khoảng 0-0.10: Tần số phóng to trong khoảng 0.11: Góc pha của phương pháp Con .12: Góc pha của phương pháp DSOGI .13: Góc pha của phương pháp DSOGI-FLL .14: Góc pha của phương pháp đề xuất .

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Luận Án Tiến Sĩ: Điều Khiển Bộ Nghịch Lưu Nối Lưới Trong Mạng Điện Phân Phối là một nghiên cứu chuyên sâu về việc ứng dụng và điều khiển bộ nghịch lưu trong hệ thống điện phân phối. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất, ổn định lưới điện, và tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo. Các kết quả đạt được không chỉ mang lại lợi ích cho ngành điện mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của hệ thống năng lượng. Để hiểu rõ hơn về các nghiên cứu liên quan đến kỹ thuật và công nghệ, bạn có thể tham khảo 2 tóm tắt luận án tiến sĩ tiếng việt ncs nguyễn khắc tấn, một tài liệu cung cấp cái nhìn tổng quan về các phương pháp nghiên cứu hiện đại. Ngoài ra, nếu quan tâm đến các ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực kỹ thuật, Luận văn đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả áp dụng sẽ là một nguồn tham khảo hữu ích. Cuối cùng, để mở rộng kiến thức về các vấn đề liên quan đến quản lý và điều khiển hệ thống, bạn có thể khám phá Luận văn thạc sĩ xây dựng thuật toán trích xuất số phách trên phiếu trả lời trắc nghiệm của trường đại học phan thiết, một nghiên cứu ứng dụng thuật toán trong thực tiễn.