Luận văn thạc sĩ HCMUTE về nâng cao chất lượng điện năng từ nguồn điện phân tán

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu hcmute nâng cao chất lượng điện năng của các nguồn điện phân tán có bộ chuyển đổi dc ac, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Trảo Văn Hoan
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Minh Phương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nâng Cao Chất Lượng Điện Năng Từ Nguồn Điện Phân Tán Với Bộ Chuyển Đổi DC-AC
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình phát triển năng lượng tái tạo trên thế giới
• 1.2. Tình hình phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam
• 1.3. Thủy điện nhỏ
• 1.4. Năng lượng gió
• 1.5. Năng lượng sinh khối
• 1.6. Năng lượng mặt trời
• 1.7. Năng lượng địa nhiệt
• 1.8. GIỚI THIỆU CÁC ỨNG DỤNG PLL TRONG ĐỒNG BỘ LƯỚI ĐIỆN
• 1.8.1. Kỹ thuật tạo trễ ¼ chu kỳ
• 1.8.2. PLL dựa trên cơ sở biến đổi Hilbert
• 1.8.3. PLL trên cơ sở chuyển đổi park ngược
• 1.8.4. PLL trên cơ sở sử dụng bộ lọc
• 1.8.5. PLL cải tiến
• 1.8.6. Bộ lọc thích nghi hai cấp
• 1.9. TÍNH CẤP THIẾT
• 1.10. MỤC TIÊU LUẬN VĂN
• 1.11. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN
• 1.12. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
• 1.13. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN
• 1.14. GIÁ TRỊ KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CỦA LUẬN VĂN
• 1.15. HIỆU QUẢ NGHIÊN CỨU LUẬN VĂN
• 1.16. BỐ CỤC LUẬN VĂN
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. GIỚI THIỆU VỀ PHASE-LOCKED-LOOP
• 2.2. Cấu trúc cơ bản vòng khóa pha
• 2.3. Phương trình cơ bản của PLL
• 2.4. Thông số quan trọng của một PLL
• 2.5. PHÁT HIỆN PHA DỰA TRÊN CƠ SỞ PHÁT TÍN HIỆU TRỰC GIAO
• 2.6. TÍCH PHÂN SUY RỘNG CẤP 2
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÕNG KHÓA PHA SỬ DỤNG KỸ THUẬT SOGI VÀ KỸ THUẬT SOGI CẢI TIẾN
• 3.1. XÂY DỰNG VÕNG KHÓA PHA SỬ DỤNG KỸ THUẬT SOGI
• 3.2. PLL trên cơ sở SOGI
• 3.3. Kết quả mô phỏng tái hiện phương pháp OSG - SOGI
• 3.4. Nhận xét kết quả mô phỏng
• 3.5. KỸ THUẬT SOGI CẢI TIẾN
• 3.5.1. Cơ sở khoa học
• 3.5.2. Kỹ thuật SOGI cải tiến đề nghị
• 3.5.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 3.5.4. NHẬN XÉT KẾT QUẢ
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về chất lượng điện năng

Chất lượng điện năng là một yếu tố quan trọng trong hệ thống điện, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị điện. Việc nâng cao chất lượng điện năng từ các nguồn điện phân tán là một thách thức lớn trong bối cảnh hiện nay. Các bộ chuyển đổi DC-AC đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi điện năng từ dạng DC sang AC, giúp cải thiện hiệu suất điện và giảm thiểu các vấn đề liên quan đến sóng hài và điện áp nhiễu. Theo nghiên cứu, việc sử dụng công nghệ hiện đại trong các bộ chuyển đổi này có thể giúp tối ưu hóa chất lượng điện năng, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống điện.

1.1. Tầm quan trọng của chất lượng điện năng

Chất lượng điện năng không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị mà còn tác động đến sự ổn định của toàn bộ hệ thống điện. Các vấn đề như điện áp không ổn định, sóng hài và nhiễu có thể gây ra hư hỏng cho thiết bị và giảm tuổi thọ của chúng. Việc nâng cao chất lượng điện năng từ các nguồn điện phân tán thông qua các bộ chuyển đổi DC-AC là cần thiết để đảm bảo rằng điện năng được cung cấp ổn định và hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy rằng việc cải thiện chất lượng điện năng có thể giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng cường độ tin cậy của hệ thống điện.

II. Công nghệ chuyển đổi DC AC

Công nghệ chuyển đổi DC-AC là một phần không thể thiếu trong việc nâng cao chất lượng điện năng. Các bộ chuyển đổi này không chỉ giúp chuyển đổi điện năng từ dạng DC sang AC mà còn có khả năng điều chỉnh điện áp và tần số, từ đó cải thiện hiệu suất điện. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến như SFR-PLL trong các bộ chuyển đổi giúp ước lượng chính xác tần số và góc pha, từ đó giảm thiểu sóng hài và điện áp nhiễu. Điều này không chỉ nâng cao chất lượng điện năng mà còn giúp tối ưu hóa hoạt động của các hệ thống điện phân tán.

2.1. Nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi DC AC

Bộ chuyển đổi DC-AC hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi điện áp và tần số của dòng điện. Các bộ chuyển đổi này sử dụng các mạch điện tử để điều chỉnh điện áp đầu ra, đảm bảo rằng điện năng được cung cấp ổn định và hiệu quả. Việc áp dụng công nghệ SOGI trong các bộ chuyển đổi giúp cải thiện khả năng điều khiển và giảm thiểu sai số trong quá trình chuyển đổi. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng các bộ chuyển đổi hiện đại có thể nâng cao chất lượng điện năng và giảm thiểu các vấn đề liên quan đến sóng hài và điện áp nhiễu.

III. Ứng dụng và lợi ích của việc nâng cao chất lượng điện năng

Việc nâng cao chất lượng điện năng từ các nguồn điện phân tán có thể mang lại nhiều lợi ích cho cả người tiêu dùng và nhà sản xuất. Các ứng dụng của công nghệ chuyển đổi DC-AC không chỉ giới hạn trong lĩnh vực điện mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác như công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ. Việc cải thiện chất lượng điện năng giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng, tăng cường độ tin cậy của hệ thống điện và giảm chi phí vận hành. Hơn nữa, việc sử dụng điện năng sạch từ các nguồn tái tạo cũng góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

3.1. Lợi ích kinh tế và môi trường

Nâng cao chất lượng điện năng không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn có tác động tích cực đến môi trường. Việc sử dụng điện năng tái tạo từ các nguồn điện phân tán giúp giảm thiểu khí thải và ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc cải thiện chất lượng điện năng có thể giảm chi phí vận hành cho các doanh nghiệp, đồng thời tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường. Điều này không chỉ giúp phát triển kinh tế mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển năng lượng tái tạo toàn cầu, tổng công suất phát điện từ các nguồn năng lượng tái tạo đã đạt khoảng 4.950 GW vào năm 2010, chiếm khoảng 25% tổng công suất phát điện toàn cầu và cung cấp gần 20% điện năng. Tại Việt Nam, tiềm năng năng lượng tái tạo rất lớn với các nguồn như thủy điện nhỏ, năng lượng gió, sinh khối, năng lượng mặt trời và địa nhiệt. Tuy nhiên, hiện trạng khai thác mới chỉ chiếm khoảng 3,4% tổng tiềm năng, với tổng công suất lắp đặt khoảng 1.200 MW, thấp hơn nhiều so với mục tiêu quy hoạch điện VII đề ra (tăng tỷ lệ điện năng từ NLTT lên 6% vào năm 2030).

Một trong những thách thức lớn trong việc phát triển năng lượng tái tạo là chất lượng điện năng khi các nguồn phân tán hòa lưới, đặc biệt là các bộ chuyển đổi DC/AC. Các bộ nghịch lưu nối lưới thường gặp vấn đề về sóng hài và điện áp offset DC, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. Vòng khóa pha (PLL) là thành phần then chốt trong việc đồng bộ nguồn điện phân tán với lưới điện, giúp xác định nhanh và chính xác các thông số như biên độ, tần số và góc pha điện áp lưới.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất và xây dựng một phương pháp nâng cao chất lượng điện năng cho các nguồn phân tán có bộ chuyển đổi DC/AC thông qua kỹ thuật bù điện áp offset DC trong PLL dựa trên nền tảng kỹ thuật SOGI-PLL. Nghiên cứu tập trung vào việc khắc phục ảnh hưởng của thành phần offset DC trong điện áp lưới, từ đó giảm thiểu sóng hài và cải thiện độ ổn định của hệ thống. Phạm vi nghiên cứu chủ yếu thực hiện mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink, tập trung vào vòng khóa pha một pha, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam và các hệ thống năng lượng tái tạo phân tán.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Vòng khóa pha (Phase-Locked Loop - PLL): Cấu trúc cơ bản gồm ba khối chính: bộ phát hiện pha (PD), bộ lọc vòng (LF) và bộ điều khiển dao động điện áp (VCO). PLL giúp đồng bộ tín hiệu điện áp đầu vào với tín hiệu tham chiếu, xác định chính xác tần số và góc pha.

• Kỹ thuật SOGI (Second-Order Generalized Integrator): Là kỹ thuật tạo tín hiệu vuông góc và lọc nhiễu hiệu quả, được tích hợp trong PLL để nâng cao khả năng đồng bộ và giảm thiểu ảnh hưởng của sóng hài.

• Kỹ thuật bù điện áp offset DC: Đề xuất phương pháp xác định và bù thành phần điện áp offset DC trong tín hiệu điện áp lưới, nhằm khắc phục sai số trong ước lượng tần số và góc pha do thành phần offset gây ra.

Các khái niệm chính bao gồm: tín hiệu vuông góc (QSG), bộ lọc thích nghi (Adaptive Filter - AF), bộ lọc khấc thích nghi (Adaptive Noise Cancelling - ANC), thuật toán LMS (Least Mean Squares), và các tham số quan trọng của PLL như phạm vi duy trì, phạm vi đồng bộ, thời gian khóa.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Luận văn sử dụng dữ liệu mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink, dựa trên các mô hình toán học và kỹ thuật điều khiển hiện đại. Các thông số mô phỏng được lựa chọn phù hợp với điều kiện thực tế của hệ thống điện Việt Nam.

• Phương pháp phân tích: Phân tích ảnh hưởng của thành phần offset DC đến hiệu suất của PLL sử dụng kỹ thuật SOGI. Đề xuất thuật toán bù offset DC dựa trên mô hình SOGI cải tiến kết hợp với bộ lọc thông thấp và khối ước lượng offset DC (OE). Kết quả được đánh giá qua các chỉ số như thời gian đáp ứng, sai số ước lượng tần số và góc pha, mức giảm sóng hài.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu gồm các bước: tổng quan tài liệu và lý thuyết (3 tháng), xây dựng mô hình và thuật toán trên Matlab/Simulink (4 tháng), thực hiện mô phỏng và phân tích kết quả (3 tháng), hoàn thiện luận văn và đề xuất khuyến nghị (2 tháng).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của điện áp offset DC đến PLL SOGI: Mô phỏng cho thấy khi có thành phần offset DC khoảng 5% điện áp lưới, sai số ước lượng tần số và góc pha tăng lên đáng kể, thời gian đáp ứng của PLL kéo dài hơn 30% so với trường hợp không có offset.

2. Hiệu quả của kỹ thuật bù offset DC: Phương pháp đề xuất sử dụng khối ước lượng offset DC (OE) kết hợp với SOGI cải tiến đã giảm sai số ước lượng tần số xuống dưới 0,5% và sai số góc pha dưới 1 độ, đồng thời rút ngắn thời gian đáp ứng PLL khoảng 25% so với kỹ thuật SOGI truyền thống.

3. Giảm sóng hài và nhiễu: Kỹ thuật bù offset DC giúp giảm đáng kể thành phần sóng hài trong dòng điện hòa lưới, với mức giảm sóng hài tổng (THD) khoảng 15% so với phương pháp không bù.

4. Tính đơn giản và ổn định của thuật toán: Thuật toán bù offset DC có cấu trúc đơn giản, dễ dàng triển khai trên các bộ xử lý số DSP, đồng thời đảm bảo độ ổn định của hệ thống trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sai số trong ước lượng tần số và góc pha là do thành phần offset DC xuất hiện trong quá trình đo lường và chuyển đổi tín hiệu điện áp lưới. Việc sử dụng kỹ thuật SOGI truyền thống không thể loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng này, dẫn đến sai số và dao động trong quá trình đồng bộ.

So với các nghiên cứu trước đây sử dụng các kỹ thuật PLL dựa trên tạo trễ ¼ chu kỳ, biến đổi Hilbert hay chuyển đổi Park ngược, phương pháp bù offset DC trong SOGI-PLL cho thấy ưu điểm vượt trội về độ chính xác và thời gian đáp ứng. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy phương pháp này phù hợp với các hệ thống nguồn phân tán có biến đổi nhanh về điều kiện vận hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ dạng sóng điện áp và dòng điện trước và sau khi bù offset, biểu đồ sai số ước lượng tần số và góc pha theo thời gian, cũng như bảng so sánh các chỉ số THD và thời gian đáp ứng giữa các phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai thuật toán bù offset DC trên thiết bị thực tế: Đề nghị các đơn vị nghiên cứu và sản xuất thiết bị biến đổi công suất nối lưới áp dụng thuật toán bù offset DC để nâng cao chất lượng điện năng, giảm thiểu sóng hài và tăng độ ổn định hệ thống. Thời gian thực hiện trong vòng 12 tháng.

2. Phát triển phần mềm mô phỏng và thử nghiệm: Xây dựng bộ công cụ mô phỏng trên Matlab/Simulink và phần mềm nhúng để kiểm tra, đánh giá hiệu quả thuật toán trong các điều kiện vận hành thực tế. Chủ thể thực hiện là các trung tâm nghiên cứu và trường đại học.

3. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật PLL và bù offset DC cho kỹ sư và cán bộ kỹ thuật trong ngành điện và năng lượng tái tạo, nhằm nâng cao năng lực vận hành và bảo trì thiết bị. Thời gian triển khai 6-9 tháng.

4. Nghiên cứu mở rộng cho hệ thống đa pha và điều khiển động cơ: Khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu áp dụng kỹ thuật bù offset DC cho các hệ thống đa pha và các ứng dụng điều khiển động cơ điện, nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng và nâng cao hiệu quả điều khiển. Thời gian nghiên cứu dự kiến 18 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật PLL và xử lý tín hiệu trong hệ thống điện phân tán, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan.

2. Kỹ sư thiết kế và vận hành hệ thống năng lượng tái tạo: Giúp hiểu rõ các vấn đề về chất lượng điện năng và giải pháp nâng cao hiệu quả hòa lưới, từ đó tối ưu hóa thiết kế và vận hành thiết bị.

3. Các công ty sản xuất thiết bị biến đổi công suất: Cung cấp cơ sở khoa học và thuật toán để phát triển sản phẩm biến tần, bộ nghịch lưu nối lưới có hiệu suất cao, giảm chi phí và tăng tính cạnh tranh.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Hỗ trợ đánh giá và xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật về chất lượng điện năng và hòa lưới nguồn năng lượng tái tạo, góp phần phát triển bền vững ngành điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần bù điện áp offset DC trong PLL?
   Điện áp offset DC xuất hiện do sai số đo lường và chuyển đổi tín hiệu, gây sai lệch trong ước lượng tần số và góc pha, làm giảm hiệu quả đồng bộ và tăng sóng hài. Bù offset giúp cải thiện độ chính xác và ổn định hệ thống.

2. Phương pháp SOGI-PLL có ưu điểm gì so với các kỹ thuật PLL khác?
   SOGI-PLL cung cấp tín hiệu vuông góc chính xác và khả năng lọc nhiễu tốt, giúp giảm sóng hài và tăng tốc độ đáp ứng. Khi kết hợp với kỹ thuật bù offset DC, hiệu quả đồng bộ được nâng cao rõ rệt.

3. Thuật toán bù offset DC có phức tạp không và có thể triển khai trên thiết bị thực tế?
   Thuật toán được thiết kế đơn giản, sử dụng bộ lọc thông thấp và khối ước lượng offset DC, dễ dàng triển khai trên các bộ xử lý số DSP phổ biến trong công nghiệp.

4. Phạm vi áp dụng của phương pháp này là gì?
   Phương pháp phù hợp với các hệ thống nguồn phân tán sử dụng bộ chuyển đổi DC/AC một pha, có thể mở rộng cho hệ thống đa pha và điều khiển động cơ trong tương lai.

5. Kết quả mô phỏng có được xác nhận bằng thực nghiệm không?
   Luận văn chủ yếu thực hiện mô phỏng trên Matlab/Simulink, tuy nhiên kết quả mô phỏng đã được so sánh với các nghiên cứu thực nghiệm trong ngành và cho thấy tính khả thi cao, đề xuất nghiên cứu tiếp theo để thử nghiệm thực tế.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình vòng khóa pha sử dụng kỹ thuật SOGI trên Matlab/Simulink, làm nền tảng cho nghiên cứu tiếp theo.
• Phân tích chi tiết ảnh hưởng của thành phần điện áp offset DC đến hiệu suất của PLL, chỉ ra những hạn chế của kỹ thuật SOGI truyền thống.
• Đề xuất kỹ thuật xác định và bù offset DC hiệu quả, giúp giảm sai số ước lượng tần số và góc pha, đồng thời cải thiện chất lượng điện năng.
• Kết quả mô phỏng khẳng định tính hiệu quả và ổn định của phương pháp trong bộ nghịch lưu nối lưới.
• Đề xuất các hướng nghiên cứu và ứng dụng tiếp theo nhằm mở rộng phạm vi và nâng cao hiệu quả điều khiển trong hệ thống năng lượng tái tạo phân tán.

Luận văn góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng điện năng và phát triển công nghệ biến đổi công suất nối lưới tại Việt Nam, đồng thời hỗ trợ phát triển bền vững ngành năng lượng tái tạo trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẢO VĂN HOAN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA CÁC NGUỒN PHÂN TÁN CÓ BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/AC. NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 0 4 7 2 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẢO VĂN HOAN NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA CÁC NGUỒN PHÂN TÁN CÓ BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/AC. NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60 520202 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.

LÊ MINH PHƢƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 i Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Trảo Văn Hoan Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/06/1990 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Bình Định Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Trƣờng Thạnh – Cát Tiến – Bình Định Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0934320226 E-mail: tvhoanspkt@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1.

Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến…/. Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2008 đến 01/2013 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Điện công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “nghiên cứu bù công suất phản kháng cho động cơ không đồng bộ bapha vận hành trên lƣới một pha” Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 14/01/2013 tại trƣờng đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp.HCM Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Trƣơng Việt Anh i Luan van III.

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời Nơi công tác Công việc đảm nhiệm gian 3/2013- Công ty nhựa thiếu niên tiền Nhân viên công nghệ 8/2014 phong phía nam 8/2014 Công ty wonderfull Saigon Nhân viên kỹ thuật đến nay electric ii Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 .11 vii Luan van 1. 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. 40 viii Luan van 3.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 Luan van 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 .33 x Luan van Hình 2.9: 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 .61 xi Luan van Hình 3.21: 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‟|.