CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN cứu 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giói Các bộ nghịch lưu truyền thống được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp như điều khiển động cơ, bộ lưu điện (UPS), hệ thống xe điện, và năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, với bộ nghịch lưu ba pha ba truyền thống gồm 6 khóa bán dẫn Slx-S2x được thể hiện trong Hình 1-1 có những mặt hạn chế nhất định sau: hai khóa đóng ngắt trong cùng một nhánh (S1 và S4) không được đóng cùng lúc, vì khi đó sẽ dẫn đến ngắn mạch làm hư hỏng các thiết bị, điện áp common mode còn cao là nguyên nhân dẫn đến một loạt các sự cố như sinh ra dòng ra, làm hư hỏng ổ bi [1], nhiễu điện từ (EMI) [2]. Đối với những nguồn năng lượng tái tạo như pin mặt trời (PV), pin nhiên liệu v.
điện áp ngõ ra của các dạng năng lượng này là điện áp một chiều, không được ổn định và phụ thuộc nhiều vào môi trường làm việc. Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo nầy để chuyển đổi thành nguồn điện xoay chiều 220/380Vac, đòi hỏi phải có một nguồn điện áp một chiều phải có giá trị lớn hơn 310Vdc (Giá trị điện áp đỉnh sau khi qua bộ chỉnh lưu của điện áp 220 Vac)[l]. Tuy nhiên, để có điện áp một chiều có giá trị như vậy, chúng có thể được thực hiện bằng cách mắc nối tiếp các tấm pin mặt trời với nhau, đồng nghĩa với việc phải có không gian lớn để lắp đặt các tấm pin với số lượng lớn. Điều này chỉ thích hợp với các hệ thống có công suất lớn.
Với những hệ thống có công suất nhỏ, để có thể tạo ra 9 điện áp xoay chiều 220/380Vac từ nguồn điện áp thấp, người ta thường dùng một máy biến áp có tần số (50Hz) để có thể năng áp lên thành nguồn điện 220/380Vac, được thể hiện trong hình 1-2. KHÓI NGUÒN B$ MẤY BIẾN ÁP TẢI XOAY DC 50Hz chiều L____________1 100-400 VDC 110AC 220/380VAC Hình 1.2 Mô phỏng sơ đô hoạt động của bộ nghịch lun truyên thông sử dụng bộ tăng áp một chiêu Để tăng khả năng ứng dụng của nghịch lưu trong các nguồn năng lượng tái tạo [3], noi mà điện áp một chiều có giá trị thấp cần chuyển đổi sang điện áp xoay chiều có trị số cao, giảm điện áp common mode (CMV) được tạo ra bởi điện áp giữa trung tính tải và tâm nguồn DC, chính điều này sẽ ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống [4], sinh ra dòng rò, làm hư hỏng ổ bi. Do vậy, đề tài này đề xuất một mô hình nghịch lưu ba pha ba bậc hình T ứng dụng kỹ thuật vector không gian nhằm giảm điện áp common mode (nhỏ hon 17% so với điện áp đầu vào), có khả năng cung cấp dòng điện, điện áp ngõ ra hình sin với tổng độ méo hài THD thấp (dưới 5%), hoạt động có tổn chuyển mạch thấp, hiệu suất cao (>95%), có khả năng hoạt động voi nhiều loại tải đầu ra khác nhau và có bộ lọc ngõ ra nhỏ. Mô hình nghịch lưu này được mô phỏng dựa trên phần mềm mô phỏng điện tử công suất Psim và quá trình thực nghiệm mô hình được chế tạo dựa vào vi điều khiển DSP TM320F28379D của hãng Texas Instruments.
Tỗng quan tình hình nghiên cứu trong nuớc Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của các nguồn năng lượng tái tạo làm cho các bộ nghịch lưu truyền thống ba pha đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống phân bố công suất bời vì chúng đóng vai trò chuyển đỗi nguồn công suất DC thành nguồn công suất AC đề kết nối lên lưới. Bộ nghịch lưu đa bậc có nhiều uu điểm như là chất lượng 10 điện năng tốt, yêu cầu bộ lọc ngõ ra nhỏ, tỗn hao chuyển mạch không đáng kể, điện áp và công suất ngõ ra cao, nhiễu điện từ (EMI) nhỏ. Bộ nghịch lưu này thưòìig được sử dụng rộng rãi ưong công nghiệp như là trong hệ thống phân bố công suất, động cơ AC, nguồn chuyển đổi trong xe điện, trong các hệ thống năng lượng tái tạo (PV), nhưng nguồn cung cấp và lưu trữ điện áp (UPS). Trong thực tế, bộ nghịch lưu truyền thống thông thường chỉ cung cấp chuyển đỗi công suất giảm áp bởi vì điện áp đỉnh của AC ngõ ra không thể cao hơn điện áp nguồn DC, điều này gây ra nhưng khó khăn trong nhũng úng dụng liên quan đến hệ thống năng lượng tái tạo, nơi mà điện áp ngõ vào thấp cần được chuyển đỗi thành nguồn điện áp ngõ ra AC mong muốn.
Theo một số bài báo trong [1 ] [5] chỉ cung cấp chuyển đổi hai chặng mà việc chuyển đỗi đó rất khó cho việc điều khiển do sự độc lập của hai bộ biến đổi. Mặt khác, các mô hình nghịch lưu ba pha truyền thống là các mô hình có hiệu suất thấp, tổng độ méo hài không đạt yêu cầu (THD > 9%), điện áp common mode còn lón dẫn đến các sự cố ngoài ý muốn khi do việc sinh ra dòng rò ảnh hưởng đến việc sử dụng trong công nghiệp và hộ gia đình.Do đó, việc đảm bảo chất lượng bộ chuyển đỗi nghịch lưu tốt là vấn đề cần quan tâm hàng đầu trong các hệ thống sử dụng nguồn năng lưọng tái tạo. Với những vấn đề nêu trên để ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo trong việc: nghịch lưu nối lưới, xe điện, điều khiển động cơ AC., những bộ biến đỗi DC/DC và bộ nghịch lưu DC/AC nguồn áp đóng một vai trò rất quan ưọng và được mô tả ở Hình 1. HệlhốDgpm Bộìruđiậi “1 "1 n61 „ "1 ] DC-DC ] DC-AC ] Bộ be ngõ ra ] Lưới3pha mặt trời mJ (UPS) mJ mJ mJ ỵ ' mJ Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống của bộ nghịch luu 1.
Đánh giá kết quả các công trình nghiên cứu đã công bố Các thiết kế của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T trên sử dụng các linh kiện chuyên dụng như thiết kế [5] của hãng Texas Instruments thực hiện dựa trên vi điều khiển DSP TMSF28335 và các mạch chuyên dụng khác để dâm bảo đạt được các yêu cầu trong an toàn. Hay nghiên cứu của một hãng khác là Microchip [6] sử PIC16F87A được thiết kế để 11 điều khiển PWM cho bộ nghịch lưu này, giao tiếp truyền thông nối tiếp (SCI) qua các cổng của PIC16F87A để theo dõi chất lượng điện áp đầu ra, tổng độ méo hài (THD), dòng điện ., Tuy nhiên, những nghiên cứu trên sử dụng những linh kiện chuyên dụng của từng hãng khác nhau nên rất khó để nâng cấp lên hay chủ động được về công nghệ, phụ thuộc còn quá nhiều vào khả năng sản xuất linh kiện của hãng. Ở Việt Nam các sản phẩm về nghịch lưu ba pha ba bậc hình T được quan tâm và nhiều công trình nghiên cứu trong những năm gần đây. Với nhiều ưu điểm trong việc giảm điện áp common mode, hạn chế được dòng rò, tuy nhiên vẫn còn nhiều hạn chế như độ phức tạp của thuật toán tối ưu chi chưong trình điều khiển.
Vì vậy, nhóm đề ra đề tài để giải quyết hạn chế đã nêu trên, làm tiền đề cho những nghiên cứu sau này từ đó làm chủ được công nghệ. 12 CHƯƠNG 2 NỘI DUNG THựC HIỆN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cúư 2. Nội dung 1: Đánh giá tổng quan các cấu hình nghịch lưu truyền thống và các giải thuật điều khiển qua những kết quả nghiên cứu trong nước và quốc tế. - Các tiếp cận: Tham khảo tài liệu trên các trang CƠ sở dữ liệu; các tài liệu kỹ thuật của công ty hoặc các hãng sản xuất và các thư viện khoa học chuyên ngành điện.
- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phương pháp thư thập dữ liệu thứ cấp; phương pháp phân tích và tổng hợp; tham khảo các bài báo trong nước và quốc tế liên quan. - Kết quả: Báo cáo tổng quan về các cấu hình nghịch lưu truyền thống, giải thuật điều khiển dùng trong công nghiệp, năng lượng tái tạo. Nội dung 2: Nghiên cứu về cảm biến dòng điện, điện áp và vi điều khiển TMS320F28379D của hãng Texas Instruments. - Cách tiếp cận: Dựa trên tài liệu của hãng sản xuất linh kiện và các trang cơ sở dữ liệu của hãng Texas Instruments về bộ điều khiển và các thư viện khoa học liên quan đến.
- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phương pháp nghiên cứu tài liệu, tham khảo các ví dụ của nhà sản xuất đề xuât và các công ty liên quan. - Kết quả: Báo cáo tổng quan về cảm biến dòng, điện áp, và vi điều khiển TMS320F28379D của hãng Texas Instruments. Nội dung 3: Đe xuất phương án chế tạo mô hình nghịch lưu ba pha ba bậc hình T. - Cách tiếp cận: Tham khảo các tài liệu kỹ thuật và thiết kế của nhà sản xuất hoặc của các công ty lớn liên quan đến bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T.
- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phân tích nghiên lý hoạt động của mô hình, thiết kế và lựa chọn các thông số linh kiện tối ưu cho mô hình nghịch lưu hình T. - Kết quả: Dữ liệu mô hình bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T được đề xuất, báo cáo so sánh với các công trình đã nghiên cứu trước đó. Nội dung 4: Mô phỏng bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T sử dụng phương pháp điều chế vector không gian dựa trên phần mềm mô phỏng điện tử công suất Psim. - Cách tiếp cận: Mô phỏng trên phần mềm mô phỏng điện tử công suất Psim và xây dựng mô hình nguyên lý cho hệ thống.
- Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phương pháp mô phỏng và thực nghiệm, phương pháp phân tích và tổng hợp, mô phỏng trên phần mềm mô phỏng điện tử công suất Psim sử dụng ngôn ngữ c, xây dựng mô hình nguyên lý của hệ thống và phân tích nguyên lí hoạt động của hệ thống. - Kết quả: Dữ liệu mô phỏng, có được các thông số tối ưu của hệ thống và các linh kiện phù hợp cho mô hình nghịch lưu ba pha ba bậc hình T. Nội dung 5: Xây dựng mô hình thực nghiệm cho bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T sử dụng vi điều khiển TMS320F28379D và kiểm chứng thực nghiệm. - Cách tiếp cận: Tham khảo các mô hình nghịch lưu ba pha ba bậc hình T đã có trong nước và thế giới, đặc biệt là các bản thiết kế từ những công ty lớn.