LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 03 năm 2015 Trảo Văn Hoan iii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Lê Minh Phƣơng, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Xin cám ơn các Thầy Cô trong khoa Điện-Điện Tử trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã cho tôi nền tản kiến thức – tri thức quí báu để hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ, ngƣời thân đã luôn ở bên động viên rất nhiều để tôi hoàn thành chƣơng trình học này. iv TÓM TẮT Luận văn này trình bày một phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng điện năng của nguồn điện phân tán có sử dụng các bộ chuyển đổi DC/AC. Luận văn trình bày chi tiết phƣơng pháp bù điện áp offset DC tồn tại trong các bộ nghịch lƣu hòa lƣới bằng cách sử dụng hệ đồng bộ tham chiếu dựa trên cơ sởvòng khóa pha SFR-PLL. SFR- PLL có chức năng ƣớc lƣợng nhanh và chính xác tần số, góc pha và biên độ điện áp lƣới.
Chiến lƣợc điều khiển offset DC trong luận văn có xem xét đến lƣợng điện áp DCkhác nhau khi tham gia vào lƣới. Khi giả thiết rằng điện áp DC không tồn tại, kỹ thuật điều khiển offset DC là tƣơng đƣơng với kỹ thuật SOGI đƣợc áp dụng trƣớc đây. Tuy nhiên, dựa trên cơ sở SOGI, với sự tồn tại của điện áp DC trong lƣới điện, kỹ thuật đề nghị mang lại nhiều sự khác biệt. Sau khi đánh giá các kết quả mô phỏng, mô hình thực nghiệm cho thấy phƣơng pháp mang lại tính hiệu quả, đáp ứng nhanh về mặt thời gian, một giải pháp ý nghĩa cho các bộ nghịch lƣu hòa lƣới trong việc giảm thiểu sóng hài, khử điện áp nhiễu.
Hơn thế nữa, phƣơng pháp điều khiển với thuật toán đơn giản nên sai số đƣợc giảm thiểu nhỏ nhất đảm bảo duy trì sự ổn định của hệ thống. Nội dung của luận văn này đặt nền móng cho sự nghiên cứu và phát triển sâu hơn đối với lĩnh vực điều khiển đồng bộ của bộ biến đổi công suất nối lƣới, có thể áp dụng cho các bộ nghịch lƣu nối lƣới cũng nhƣ điều khiển động cơ. v ABSTRACT This thesis presents a method for improving power quality of distributed power sources that use the adapter DC / AC. In the thesis, I presented detailed methods Offset DC offset voltage exists in the grid inverters.The grid-connected inverters that use synchronous reference frame based phase-locked loop SRF-PLL are applied very popular.
The function of SRF-PLLs is fast and accurate estimation of frequency, phase angle, and magnitude of grid voltage. The power quality of the current injected into the grid depends on these estimated parameters. The measurements or processes of data conversion can typically introduce the dc offset in the measured grid voltage. The dc offset is one of the reasons for causing errors for the estimated parameters of the grid voltage and causes injected current with harmonic distortions.
This thesis presents a technique of dc offset compensation for SRF-PLL based on the Second Order Genralized Integrator (SOGI). The simulation and experimental results validated the performance of the proposed technique. The content of this thesis laid the foundation for research and development in the field deeper synchronous control of power converters connected to the grid, which can apply to off-grid inverters and controllers motor. vi MỤC LỤC Trang tựa Trang Xác nhận giáo viên hƣớng dẫn.
Quyết định giao đề tài. LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN. iii LỜI CẢM ƠN.
vi MỤC LỤC. vii DANH SÁCH CÁC HÌNH.x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT. xiii Chƣơng 1: TỔNG QUAN. Tình hình phát triển năng lƣợng tái tạo trên thế giới.
Tình hình phát triển năng lƣợng tái tạo ở việt nam. Thủy điện nhỏ. Năng lƣợng gió. Năng lƣợng sinh khối.
Năng lƣợng mặt trời. Năng lƣợng địa nhiệt. GIỚI THIỆU CÁC ỨNG DỤNG PLL TRONG ĐỒNG BỘ LƢỚI ĐIỆN. Kỹ thuật tạo trễ ¼ chu kỳ.
PLL dựa trên cơ sở biến đổi Hilbert. PLL trên cơ sở chuyển đổi park ngƣợc. PLL trên cơ sở sử dụng bộ lọc. PLL cải tiến.
Bộ lọc thích nghi hai cấp. TÍNH CẤP THIẾT. MỤC TIÊU LUẬN VĂN. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN. GIÁ TRỊ KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CỦA LUẬN VĂN. HIỆU QUẢ NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN.
BỐ CỤC LUẬN VĂN. 24 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. GIỚI THIỆU VỀ PHASE-LOCKED-LOOP. Cấu trúc cơ bản vòng khóa pha.
Phƣơng trình cơ bản của PLL. Thông số quan trọng của một PLL. PHÁT HIỆN PHA DỰA TRÊN CƠ SỞ PHÁT TÍN HIỆU TRỰC GIAO. TÍCH PHÂN SUY RỘNG CẤP 2.
35 Chƣơng 3: XÂY DỰNG VÕNG KHÓA PHA SỬ DỤNG KỸ THUẬT SOGI VÀ KỸ THUẬT SOGI CẢI TIẾN. XÂY DỰNG VÕNG KHÓA PHA SỬ DỤNG KỸ THUẬT SOGI .PLL trên cơ sở SOGI .Kết quả mô phỏng tái hiện phƣơng pháp OSG - SOGI .Nhận xét kết quả mô phỏng. KỸ THUẬT SOGI CẢI TIẾN .Cơ sở khoa học .Kỹ thuật SOGI cải tiến đề nghị .KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .NHẬN XÉT KẾT QUẢ. 71 Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ.
74 TÀI LIỆU THAM KHẢO .76 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 1.1: Công suất phát điện xây dựng năm 2010 ( không kể thủy điện nhỏ) Đơn vị GW .2: Hình ảnh phát triển năng lƣợng gió .3: Hình ảnh phát triển năng lƣợng mặt trời .4: Hình ảnh PLL dựa trên cơ sở tạo trễ T/4.5: Hình ảnh PLL dựa trên cơ sở biến đổi Hilbert .6: PLL trên cơ sở chuyển đổi Park ngƣợc .7: Đáp ứng tần số của QSG trên cơ sở chuyển đổi Park ngƣợc .8: Đáp ứng của PLL chuyển đổi Park ngƣợc thể hiện góc nhảy pha của tín hiệu vào .9: Biểu diễn vector của tín hiệu ngõ ra QSG .10: Hệ thống lọc thích nghi .11: Sơ đồ khối của thuật toán LMS với một trọng số thích nghi của hệ thống ANC .12: Sơ đồ khối PLL cải tiến (EPLL) .13: Đáp ứng của EPLL trong sự có mặt của bƣớc nhảy pha tín hiệu vào .14: (a) ANF trên cơ sở thuật toán LMS với hai trọng số thích nghi và (b) sơ đồ khối của AF hai cấp trên miền thời gian .1: Cấu trúc cơ bản của PLL .2: Sơ đồ khối các thành phần PLL .4: Đáp ứng bƣớc của các thành phần PLL .5: Quá trình đồng bộ của PLL .6: Sơ đồ khối PLL với ý tƣởng trực giao PD .7: đáp ứng quá độ của PLL với trực giao PD .8: PD trên cơ sở tín hiệu phát tín hiệu trực giao và chuyển đổi Park .9: Biểu diễn vector QSG của tín hiệu ngõ ra .10: PLL với LF trên trục q của QSG .11: Đáp ứng của GI với (a) sine thuần ngõ vào thuần sine/cosine ngõ vào .13: Đáp ứng SOGI-QSG (ts = 20.1: Sơ đồ khối của SOGI dựa trên PLL (SOGI-PLL) .2: Vòng khóa pha sử dụng kỹ thuật SOGI .3: Đáp ứng giản đồ Bode của Gd(s) .4: Đáp ứng giản đồ Bode của Gq(s) .5: a) Sơ đồ SOGI trên matlab simulink b) Dạng sóng điện áp ngõ vào .6: Sơ đồ mô phỏng matlab Simulink cho SOGI ở chế độ không có .46 thành phần offset DC .7: Khối repeating Sequence 1 và thông số cài đặt .8: Dạng sóng điện áp khi không có thành phần offset DC .9: Các thông số ƣớc lƣợng khi không có thành phần offset DC .10: Sơ đồ mô phỏng matlab Simulink cho SOGI ở chế độ có 5% offset DC .11: Dạng sóng điện áp khi có thành phần offset DC .12: Điệp áp qv‟ thay đổi theo thành phần offset DC .13: Các thông số ƣớc lƣợng khi có thành phần offset DC .14: Kỹ thuật SOGI cải tiến sử dụng bộ lọc thông thấp .15: Kỹ thuật đề xuất .16:Sơ đồ khối OE trong matlab .17: Khối OE xác định điện áp offset DC cho qv‟ .18: Sơ đồ mô phỏng trên Matlab/Simulink OE-SOGI .19: Sơ đồ đƣa khối Max_detector vào mạch .20: Dạng sóng qv‟ khi có điện áp offset DC .21: Dạng sóng điện áp qv‟ khi có offset DC .22: Sơ đồ mô phỏng chế độ không có bộ OE .23: Dạng sóng các điện áp khi không có bộ OE .24: Sơ đồ mô phỏng có sử dụng OE-SOGI với sự có mặt điện áp offset .25: Dạng sóng của |qv‟| và offset xác định đƣợc.26: Dạng sóng đƣợc phóng to tại các đỉnh của |qv‟|.27: Dạng sóng các điện áp khi có khối OE .28: Dạng sóng qv‟ không bù (màu đỏ) và có bù (màu xanh) offset DC .29: Tần số ƣớc lƣợng đƣợc của SOGI và OE – SOGI .30: Dạng sóng θ‟ ƣớc lƣợng đƣợc .31: Biên độ điện áp ƣớc lƣợng đƣợc .71 xii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT NLTT: Năng lƣợng tái tạo NLMT: Năng lƣợng mặt trời GW: Gigawatt. UNEP: United nations environment programme. TOE: Số tấn dầu tƣơng đƣơng. PLL: Phase lock loop SOGI-PLL: Second-order generalized integrator Phase lock loop.
FIR – IIR: Finite impulse response - infinite impulse response. LPF: Low-pass filter LF: Loop fillter ANC-ANF: Adaptive filter - Adaptive noise cancelling. LMS: Least mean squares DSP: Digital signal programed. SOGI: Second-order generalized integrator VCO: Voltage-controlled oscillator GI: Generalized integrator SOGI-QSG: Second-order generalized integratorquadrature signal Generator OE: Offset DC Estimation.
xiii Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1. Tình hình phát triển năng lƣợng tái tạo trên thế giới [1] Hiện nay bức tranh kinh tế thế giới đang rất ảm đạm do cuộc khủng hoảng nặng nề ở Mỹ và châu Âu. Thế nhƣng thị trƣờng năng lƣợng tái tạo (NLTT) thế giới nói chung và thị trƣờng Âu - Mỹ nói riêng vẫn phát triển liên tục và mạnh mẽ. Trong giai đoạn 2005 - 2010, tổng công suất NLTT gồm điện mặt trời, điện gió, nhiệt điện, nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời (NLMT) và nhiên liệu sinh học… tăng với tốc độ trung bình từ khoảng 15% đến gần 50% hàng năm.
Đặc biệt, trong giai đoạn này, điện mặt trời tăng với tốc độ nhanh nhất. Tiếp theo là nhiên liệu sinh học và điện gió. Thủy điện nhỏ, điện và nhiệt sinh khối (SK), điện và địa nhiệt tăng với tốc độ trung bình trong khoảng 3 - 9%/ năm. Ở một số nƣớc, tốc độ tăng đối với các công nghệ này đã vƣợt xa tốc độ trung bình toàn cầu nói trên.
Năm 2009, NLTT đã cung cấp trên 16% tổng tiêu thụ NL cuối cùng trên thế giới. Tổng công suất phát điện NLTT trên thế giới đến năm 2010 là 4.950 Gw, chiếm khoảng 25% tổng công suất phát điện và cung cấp gần 20% điện năng trên toàn cầu, trong đó thủy điện nhỏ chiếm một tỷ lệ rất lớn (16,1%).