Nghiên cứu phương pháp điều khiển cho thiết bị bù lõm điện áp nguồn trong công nghiệp

Các nhà máy sản xuất thường xuyên phải đối mặt với hiện tượng biến động điện áp ngắn hạn, gây ra những hậu quả không nhỏ đến hoạt động sản xuất. Nguyên nhân của hiện tượng này có thể xuất phát từ nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm các hoạt động đóng cắt hệ thống tụ bù trên đường dây truyền tải, sự tác động của các phụ tải phi tuyến mạnh, và ảnh hưởng của sét đánh vào đường truyền tải. Những sự cố này thường gây ra sự sụt giảm điện áp trong khoảng thời gian ngắn, sau đó là quá trình phục hồi và dao động trước khi điện áp ổn định trở lại. Việc hiểu rõ bản chất và nguyên nhân của hiện tượng biến động điện áp ngắn hạn là rất quan trọng để có thể đưa ra các giải pháp khắc phục hiệu quả.

Để đối phó với hiện tượng biến động điện áp ngắn hạn, có nhiều giải pháp khác nhau có thể được áp dụng, bao gồm sử dụng các bộ lọc tích cực, bộ cấp nguồn liên tục (UPS), bộ chống sụt áp (Sag fighter), và bộ bù điện áp tích cực (AVC). Mỗi giải pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng điều kiện và yêu cầu cụ thể. Ví dụ, bộ lọc tích cực có khả năng lọc các sóng hài dòng điện, trong khi UPS đảm bảo nguồn điện liên tục ngay cả khi mất điện lưới. Lựa chọn giải pháp phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống điện và giảm thiểu thiệt hại do biến động điện áp gây ra.

Bộ AVC được thiết kế để tự động chèn một điện áp vào lưới để đảm bảo điện áp trên tải luôn ở định mức. Ở đây bộ AVC có thể coi như một nguồn áp với độ lớn, góc pha và tần số có thể được điều chỉnh, trong đó điện áp lưới, điện áp chèn vào từ bộ AVC và điện áp tải. Theo đồ thị vector, điện áp trên tải sẽ là: U1 = U g ,sag + Uinj. Thông thường, bộ AVC sẽ phải thực hiện được đầy đủ các chế độ sau: Chế độ đợi, chế độ bù lõm, chế độ chạy tắt (Bypass).

Bộ bù điện áp tích cực gồm hai thành phần chính là bộ biến đổi phía lưới (bộ Shunt converter) và bộ biến đổi phía tải (bộ Series converter). Ngoài ra còn có bộ lọc, máy biến áp nối tiếp, tụ DC-Link và thiết bị Bypass. Việc kết hợp này có thể đem lại các ưu điểm như sau: Biến áp có thể được sử dụng để đảm bảo cách ly về điện giữa AVC và lưới điện. Tỷ lệ biến áp có thể được chọn thay vì một cách tùy ý, qua đó, bộ biến đổi cho phép sử dụng điện áp nhỏ hơn so với mức điện áp lưới. Triệt tiêu các hài bậc cao qua việc thêm điện cảm phân bố và...

Bộ biến đổi phía tải thông thường được sử dụng là bộ nghịch lưu nguồn áp được nối vào lưới thông qua máy biến áp. Việc kết hợp này có thể đem lại các ưu điểm như sau: - Biến áp có thể được sử dụng để đảm bảo cách ly về điện giữa AVC và lưới điện. - Tỷ lệ biến áp có thể được chọn thay vì một cách tùy ý, qua đó, bộ biến đổi cho phép sử dụng điện áp nhỏ hơn so với mức điện áp lưới. - Triệt tiêu các hài bậc cao qua việc thêm điện cảm phân bố và...

Giải pháp sử dụng hệ thống nghịch lưu ba pha bốn nhánh van để có thể khắc phục các trường hợp sự cố hệ thống điện ba pha biến thiên đối xứng và không đối xứng. Hệ thống nghịch lưu ba pha bốn nhánh van được mô hình hóa toán học trong không gian ba chiều, vì các vector điện áp sẽ dao động trong không gian ba chiều này.

Phương pháp điều chế vector ba chiều 3D-SVM được sử dụng nhờ những ưu điểm như sử dụng liên kết DC cao, phối hợp hài hòa và ít tổn thất chuyển mạch hơn so với phương pháp PWM hình sin.

Phương pháp phân tích điện áp thành phần đối xứng là một công cụ quan trọng trong việc thiết kế và điều khiển hệ thống bù điện áp. Nó cho phép phân tích điện áp thành các thành phần đối xứng, giúp đơn giản hóa việc điều khiển và cải thiện hiệu suất của hệ thống.

Mô hình hóa bộ nghịch lưu ba pha bốn nhánh là một bước quan trọng để thiết kế và điều khiển hệ thống bù điện áp sử dụng loại nghịch lưu này. Có hai loại mô hình thường được sử dụng: mô hình trung bình tín hiệu lớn và mô hình tín hiệu nhỏ. Mỗi loại mô hình có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng mục đích sử dụng khác nhau.

Cấu trúc điều khiển của hệ thống bù điện áp cần được thiết kế sao cho đảm bảo đáp ứng nhanh chóng, chính xác và ổn định với các biến động của điện áp lưới. Cấu trúc này thường bao gồm các vòng điều khiển điện áp và dòng điện, cùng với các bộ điều khiển được thiết kế dựa trên các thuật toán điều khiển phù hợp.

Tính toán mạch lực là một bước quan trọng trong quá trình mô phỏng hệ thống bù điện áp. Nó cho phép xác định các thông số của mạch lực, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.

Việc thiết kế bộ điều khiển cho các kênh d, q và 0 là cần thiết để đảm bảo hệ thống bù điện áp hoạt động ổn định và đáp ứng nhanh chóng với các biến động của điện áp lưới. Matlab cung cấp các công cụ mạnh mẽ để thiết kế và kiểm tra bộ điều khiển.

Các kịch bản mô phỏng khác nhau, bao gồm sụt áp và dâng áp, được sử dụng để đánh giá hiệu quả của hệ thống bù điện áp trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ nghịch lưu đáp ứng tốt khi có sự cố điện áp bị dâng/ sụt ba pha không cân bằng.

Kết quả nghiên cứu cho thấy các phương pháp điều khiển được đề xuất có hiệu quả trong việc bù điện áp và cải thiện chất lượng điện năng trong hệ thống điện công nghiệp. Việc ứng dụng các phương pháp này vào thực tế có thể giúp giảm thiểu thiệt hại do sụt áp, tăng cường độ tin cậy của hệ thống điện, và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Trong tương lai, nghiên cứu về bù điện áp có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp điều khiển thông minh, tự thích ứng với các điều kiện hoạt động khác nhau của hệ thống điện. Ngoài ra, việc tích hợp các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT) có thể giúp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống bù điện áp.