I. Giới thiệu tổng quan về đề tài
Đề tài "Thiết kế bộ nghịch lưu ba pha ba bậc có nối lưới" được thực hiện nhằm nghiên cứu và phát triển một hệ thống nghịch lưu hiệu quả, phục vụ cho việc chuyển đổi năng lượng tái tạo từ điện mặt trời và điện gió sang điện xoay chiều có thể hòa lưới. Bộ nghịch lưu ba pha không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng mà còn giúp cải thiện chất lượng điện năng đầu ra. Việc sử dụng công nghệ Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) trong thiết kế giúp điều khiển chính xác các công tắc trong hệ thống, từ đó tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Kết quả của nghiên cứu này có thể ứng dụng trong các hệ thống năng lượng tái tạo, góp phần vào việc phát triển bền vững và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
1.1. Lý do chọn đề tài
Nhu cầu sử dụng năng lượng tái tạo đang gia tăng mạnh mẽ trong bối cảnh biến đổi khí hậu và cạn kiệt nguồn tài nguyên hóa thạch. Bộ nghịch lưu ba pha với khả năng hòa lưới là một giải pháp hiệu quả để chuyển đổi và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo. Đề tài này không chỉ đáp ứng nhu cầu thực tiễn mà còn đóng góp vào nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực kỹ thuật điện.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế và phát triển một bộ nghịch lưu ba pha ba bậc có khả năng hòa lưới, sử dụng vi điều khiển TMS320F28379D. Đề tài sẽ nghiên cứu giải thuật SVPWM để điều khiển bộ nghịch lưu, từ đó nâng cao hiệu suất và chất lượng đầu ra của hệ thống. Kết quả đạt được sẽ được kiểm chứng qua mô phỏng và thực nghiệm thực tế.
II. Tổng quan về bộ nghịch lưu ba pha và phương pháp điều chế độ rộng xung
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về cấu hình và nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu ba pha NPC. Bộ nghịch lưu này được thiết kế để chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều, phục vụ cho việc hòa lưới. Phương pháp điều chế SVPWM được áp dụng nhằm tối ưu hóa quá trình chuyển đổi, giúp giảm thiểu điện áp common-mode và cải thiện chất lượng điện năng. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng SVPWM mang lại hiệu quả cao hơn so với các phương pháp điều chế khác như SPWM. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất trong quá trình chuyển đổi mà còn cải thiện độ ổn định của hệ thống.
2.1. Bộ nghịch lưu ba pha NPC
Bộ nghịch lưu ba pha NPC được cấu thành từ nhiều công tắc IGBT, cho phép điều khiển dòng điện và điện áp đầu ra một cách linh hoạt. Cấu hình này giúp cải thiện khả năng điều khiển và hiệu suất của bộ nghịch lưu, đồng thời giảm thiểu nguy cơ hỏng hóc do quá tải. Sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng bộ nghịch lưu trong các hệ thống năng lượng tái tạo.
2.2. Phương pháp điều chế vector không gian SVPWM
Phương pháp SVPWM là một trong những kỹ thuật điều chế tiên tiến nhất hiện nay. Nó cho phép tạo ra các điện áp đầu ra gần với giá trị lý tưởng hơn, từ đó giảm thiểu độ méo hài và tổn thất năng lượng. Kỹ thuật này sử dụng các vector không gian để mô tả trạng thái của bộ nghịch lưu, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển. Việc áp dụng SVPWM trong bộ nghịch lưu ba pha NPC không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn cải thiện độ tin cậy của hệ thống.
III. Mô phỏng và thực nghiệm bộ nghịch lưu ba pha ba bậc có nối lưới
Chương này trình bày các kết quả mô phỏng và thực nghiệm của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc. Sử dụng phần mềm Matlab Simulink, mô hình được xây dựng để kiểm tra tính khả thi của thiết kế. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ nghịch lưu hoạt động ổn định, với khả năng điều khiển công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q hiệu quả. Các thí nghiệm thực tế cũng được thực hiện để xác nhận các kết quả mô phỏng, cho thấy điện áp đầu ra gần như đồng bộ với điện áp lưới, điều này chứng tỏ tính khả thi của bộ nghịch lưu trong việc hòa lưới.
3.1. Mô phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink
Mô phỏng hệ thống bằng Matlab Simulink cho phép kiểm tra các thông số và điều kiện hoạt động của bộ nghịch lưu ba pha. Các kết quả cho thấy điện áp đầu ra đạt được gần với giá trị lý tưởng, đồng thời công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q được điều khiển chính xác. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng giải thuật SVPWM mang lại hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa hoạt động của bộ nghịch lưu.
3.2. Thực nghiệm với phần cứng TMS320F28379D
Phần thực nghiệm được thực hiện trên nền tảng vi điều khiển TMS320F28379D, cho phép điều khiển bộ nghịch lưu ba pha một cách chính xác. Các kết quả thu được từ thí nghiệm cho thấy rằng điện áp đầu ra và điện áp lưới gần như đồng bộ, điều này chứng tỏ tính khả thi của thiết kế. Hệ thống đã hoạt động ổn định trong các điều kiện khác nhau, cho thấy sự thành công trong việc phát triển bộ nghịch lưu có khả năng hòa lưới.
