Luận án Điều khiển bộ nghịch lưu nối lưới trong mạng điện phân phối

M phóng to gần zero của dòng điện (ωt =0,15π và ωt =0,85π). (a) Iac trong chu kỳ cơ bản; (b) Xung PWM của chu kỳ cố định. (c) Xung PWM của chu kỳ đề nghị; (d) Xung PWM phóng to của chu kỳ cố định (200 µs). (e) Xung PWM phóng to của chu kỳ đề nghị (110 µs). 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 -5 0 5 (a) 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 0 0.5 1 (b) 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 0 0.5 1 (c) 0.00885 0.0089 0.00895 0 0.5 1 (d) 0.00885 0.0089 0.00895 0 0.5 1 (e) Time (s) Trần Quang Thọ 52 Hình 2.15: Bình phương độ nhấp nhô dòng điện của chu kỳ cố định. (a) Iac trong chu kỳ cơ bản. (b) Bình phương của độ nhấp nhô dòng điện. Hình 2.16: Bình phương độ nhấp nhô dòng điện của chu kỳ đề nghị. (a) Iac trong chu kỳ cơ bản. (b) Bình phương của độ nhấp nhô dòng điện. Hình 2.17: Phổ hài dòng điện của chu kỳ đề nghị. 0 0.01 0.02 -4 -2 0 2 4 Ia c (A ) (a) 0 0.01 0.02 0 0.1 0.2 C ur re nt ri pp le2 (A ) (b) Time (s) 0 0.01 0.02 -4 -2 0 2 4 Ia c (A ) (a) 0 0.01 0.02 0 0.1 0.2 C ur re nt ri pp le2 (A ) (b) Time (s) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 -5 0 5 Selected signal: 5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x 104 0 1 2 3 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 4.338 , THD= 4.72% M ag (% o f F un da m en ta l) Trần Quang Thọ 53 Hình 2.18: Tổn hao chuyển mạch tức thời và tổn hao chuyển mạch trung bình. (a) Chu kỳ cố định. (b) Chu kỳ đề nghị. Trên hình 2.17 cũng cho thấy rằng phương pháp đề nghị có THD dòng điện giảm còn 4,72% thấp hơn nhiều so với chu kỳ cố định và nhỏ hơn giới hạn cho phép (5%). Thêm vào đó, phổ hài dòng điện của kỹ thuật đề nghị trải trong một phạm vi rộng. Chính điều này làm cho biên độ các sóng hài riêng lẻ giảm nhỏ đáng kể trong khi tổn hao chuyển mạch trung bình vẫn bằng với phương pháp chu kỳ cố định. Không có hài riêng lẻ nào vượt quá 1%, thậm chí hài bội 2 lần tần số chuyển mạch cũng không còn nữa. Đây là một ưu điểm vượt trội của phương pháp đề nghị nhờ khả năng SHE thông qua ràng buộc trong GA. Vì vậy, kỹ thuật đề nghị giúp giảm bộ lọc phụ và rất phù hợp cho các ứng dụng trong thiết bị thông tin và quân sự. Tổn hao chuyển mạch trong NCKCB ở hình 2.18 cho thấy rằng trong khoảng 0-0,3π và 0,7π-π, tổn hao chuyển mạch tức thời của phương pháp đề nghị cao hơn tổn hao chuyển mạch tức thời của phương pháp chu kỳ cố định. Tuy nhiên, trong khoảng 0,3π-0,7π, tổn hao chuyển mạch tức thời của phương pháp đề nghị lại thấp hơn tổn hao chuyển mạch tức thời của phương pháp chu kỳ cố định. Điều này làm cho tổn hao chuyển mạch trung bình của phương pháp đề nghị bằng với tổn hao chuyển mạch trung bình của phương pháp chu kỳ cố định. Hơn nữa, với phân bố tổn hao chuyển mạch tức thời của phương pháp đề nghị làm cho sốc nhiệt nhỏ hơn so với phương pháp chu kỳ chuyển mạch cố định [36] mặc 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01 0 0.5 1 1.5 2 2.5 (W ) (a) Ton hao tuc thoi Ton hao trung binh 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01 0 0.5 1 1.5 2 2.5 (b) Thoi gian (giay) (W ) Ton hao tuc thoi Ton hao trung binh Trần Quang Thọ 54 dù tổn hao chuyển mạch trung bình là như nhau. Thêm vào đó, việc chuyển mạch với tần số thấp ở biên độ dòng điện tức thời cao cũng góp phần làm tăng tuổi thọ của linh kiện công suất. Hệ số công suất của phương pháp đề nghị cũng thu được là 0,9638 [5]. Giá trị này cũng hơi cao hơn so với chu kỳ chuyển mạch cố định. 2.5.2 Nghịch lưu nối lưới Một hệ thống nghịch lưu nối lưới trên hình 1.4 được thực hiện mô phỏng để mở rộng khảo sát của phương pháp đề nghị so với các phương pháp sẵn có. Trong hệ thống này sử dụng bộ lọc ngõ ra loại LCL với các tham số trong bảng 2.4. Giá trị C1P Pđược tính từ C1 ở mục 2.2. Do điện áp DC được giữ ổn định bằng 350V nên hằng số C1 được điều chỉnh tương ứng với sự thay đổi này bằng 2,49433x10P-4 P(1,069x10P- 4 P*350/150=2,49433x10P-4P). Công suất tác dụng đặt P_ref thay đổi theo hàm nấc tại thời điểm 0,2 s từ 3 kW tương ứng với nguồn mạnh (nắng, gió mạnh) xuống 1,5 kW tương ứng với nguồn yếu (nắng, gió yếu theo thời tiết). Khi công suất bơm vào lưới lớn (3 kW) nên dòng điện lớn và sóng hài dòng điện nhỏ hơn giới hạn cho phép, nhưng khi công suất yếu (1,5 kW) thì dòng điện bơm vào lưới nhỏ lại nên sóng hài dòng điện tăng lên và vượt quá giới hạn cho phép. Khi đó, để giảm sóng hài dòng điện xuống thì có 2 phương án: (1) Bơm công suất kháng Q_ref = 1 kVar để bù và giảm sóng hài dòng điện (2) Tăng tần số chuyển mạch lên để giảm sóng hài dòng điện Nhưng cả 2 phương án trên đều làm tăng tổn hao chuyển mạch nên làm giảm hiệu suất của nghịch lưu. Công suất kháng Q_ref được cài đặt theo hàm nấc tại 0,3 s từ 0 lên 1 kVar để bù, giảm sóng hài và thêm một mục tiêu nữa là khảo sát khả năng áp dụng của kỹ thuật đề nghị với trường hợp tải L-R hay cosϕ nhỏ hơn 1. Dòng điện đặt I_ref được tính theo công thức sau: ( ) 22 2 βα βα VV VQVP I refrefref + − = (2.19) Trần Quang Thọ 55 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển được trình bày ở hình 2.19. Trong đó, góc pha ωt và biên độ điện áp Vg_max được xác định bởi vòng khóa pha phục vụ cho việc đồng bộ với nguồn lưới; bộ điều khiển dòng được sử dụng trong sơ đồ là loại cộng hưởng tỉ lệ (Proportional Resonant controller) với Kp=30 và Ki=2000 (các giá trị này được xác định bằng phương pháp tối ưu bầy đàn); sóng mang đưa vào khối điều chế có chu kỳ được tạo ra theo từng phương pháp khảo sát. Tất cả 5 trường hợp khảo sát có cùng một điều kiện cài đặt thông số điều khiển để thuận lợi cho việc đánh giá hiệu quả của từng phương pháp trong 3 khoảng thời gian tương ứng (khoảng đầu từ 0-0,2 s; khoảng giữa từ 0,2-0,3 s và khoảng cuối từ 0,3-0,4 s). Bảng 2.4: Thông số hệ thống nghịch lưu nối lưới. Thông số Ký hiệu Giá trị Điện cảm của bộ lọc Lf 4,7 mH Điện trở của Lf Rf 0,3 Ω Điện cảm phía lưới Lg 0,01 mH Điện trở của Lg Rg 0,01 Ω Điện áp một chiều Vdc 350 V Điện áp nguồn lưới Vac 220V Hằng số (350 VDC) C1 2,49433x10P-4 Tụ điện của bộ lọc Cf 1 µF Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý điều khiển. I_ref PR current controller (Kp=30&Ki=2000) |u|2 sq1 |u|2 sq -1 gain2 2 gain I_error Vdc W delta_I controller cos Trigonometric Function2 sin Trigonometric Function1 Product4 Product3 Product2 Product1 Control_signal Carrier S11 S21 Modulation s21 I_error s11 Ig [Vgm] wt I_error Vg_max Divide1 4 Vdc 3 Carrier 2 P_ref 1 Q_ref Trần Quang Thọ 56 2.5.2.1 Tần số chuyển mạch cố định Hình 2.20: Đáp ứng của công suất Hình 2.21: Đáp ứng của dòng điện và điện áp ngõ ra của chu kỳ cố định. (a) Đáp ứng dòng và áp ngõ ra (b) Đáp ứng phóng to trong khoảng 0,28-0,36s 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 P ow er Time (s) Fixed cycle Active power (W) Reactive power (Var) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -30 -20 -10 0 10 20 30 G rid v ol ta ge & c ur re nt (a) Fixed cycle Voltage/10 (V) Current (A) 0.28 0.29 0.3 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 -30 -20 -10 0 10 20 30 G rid v ol ta ge & c ur re nt (b) Time (s) Voltage/10 (V) Current (A) Trần Quang Thọ 57 Hình 2.22: Tổn hao chuyển mạch và THD của chu kỳ cố định (a) Tổn hao chuyển mạch tức thời và trung bình (b) THD dòng điện Với tần số chuyển mạch cố định 5 kHz, kết quả ở hình 2,20-2,22 cho thấy rằng trong khoảng thời gian đầu, phải mất đến 0,1s mới đạt được trạng thái xác lập vì sự phụ thuộc vào đáp ứng của vòng khóa pha. Trong hình 2.21(b) phóng to cho thấy sự trễ pha của dòng điện so với điện áp (cosϕ<1) khi vừa bơm P và vừa bơm Q vào lưới. Đồng thời, độ nhấp nhô dòng điện tại zero của dòng điện tăng cao đáng kể trong khi tại zero của điện áp thì rất thấp. Khi công suất tác dụng bơm vào lưới lớn (3 kW) thì sóng hài dòng điện ở hình 2.22(b) rất thấp (2,55%) trong khi tổn hao chuyển mạch ở hình 2.22(a) rất cao (lên đến 15,35 W). Nhưng trong khoảng giữa, khi công suất tác dụng nhỏ (1,5 kW) thì tổn hao chuyển mạch giảm xuống còn 7,68 W nhưng sóng hài dòng điện tăng cao (5,33%) và cao hơn tiêu chuẩn cho phép. Do đó, để giảm sóng hài dòng điện cần phải bơm bù công suất kháng Q bằng 1 kVar vào lưới trong khoảng thời gian cuối. Lúc này sóng hài dòng điện giảm còn 4,32% nhưng tổn hao chuyển mạch lại tăng lên 9,22 W. 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 10 20 Fixed switching frequency 5 kHz S w itc hi ng lo ss (W ) (a) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 5 10 15 (b) Time (s) C ur re nt T H D (% ) Inst Aver 15.35 7.68 9.22 2.55 5.33 4.32 Trần Quang Thọ 58 2.5.2.2 Phương pháp tần số chuyển mạch thay đổi dựa vào TDD Hình 2.23: Đáp ứng của dòng điện và điện áp ngõ ra của TDD. (a) Đáp ứng dòng và áp ngõ ra (b) Đáp ứng phóng to trong khoảng 0,28-0,36s Hình 2.24: Tổn hao chuyển mạch và THD của phương pháp TDD. (a) Tổn hao chuyển mạch tức thời và trung bình (b) THD dòng điện 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -30 -20 -10 0 10 20 30 TDD G rid v ol ta ge & c ur re nt (a) Voltage/10 (V) Current (A) 0.28 0.3 0.32 0.34 0.36 -30 -20 -10 0 10 20 30 TDD G rid v ol ta ge & c ur re nt (b) Time (s) Voltage/10 (V) Current (A) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 10 20 TDD S w itc hi ng lo ss (W ) (a) Inst Aver 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 5 10 C ur re nt T H D (% ) (b) Time (s) 4.79 4.83 4.6 8.28 8.678.45 2.7 kHz 5.5 kHz 4.7 kHz Trần Quang Thọ 59 Để cải thiệu hiệu suất cho phương pháp tần số chuyển mạch cố định, phương pháp TDD (Total Distortion Demand) [25] đề nghị giảm tần số chuyển mạch trong khoảng đầu còn 2,7 kHz để giảm tổn hao chuyển mạch nhằm nâng cao hiệu suất của hệ thống. Trong khoảng giữa cần nâng tần số chuyển mạch lên 5,5 kHz để giảm sóng hài dòng điện đạt tiêu chuẩn nối lưới. Trong khoảng cuối cần giảm tần số chuyển mạch xuống còn 4,7 kHz để giảm tổn hao chuyển mạch trong khi vẫn có thể bù công suất kháng cho lưới. Như vậy, tổn hao chuyển mạch của phương pháp TDD được chọn làm ngưỡng để so sánh hiệu quả của các phương pháp còn lại. Kết quả của phương pháp TDD được thể hiện trên hình 2.23-2.25. Phương pháp TDD thực ra là phương pháp tần số chuyển mạch cố định thông thường, chỉ xem xét ở các mức dòng điện khác nhau. (a) (b) (c) (a) Khoảng đầu 0-0,2s (b) Khoảng giữa 0,2-0,3s (c) Khoảng cuối 0,3-0,4s Hình 2.25: Phổ hài dòng điện của TDD 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20.5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 19.3 , THD= 4.79% M ag (% o f F un da m en ta l) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20.5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 9.657 , THD= 4.83% M ag (% o f F un da m en ta l) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20.5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 1 2 3 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 11.6 , THD= 4.60% M ag (% o f F un da m en ta l) Trần Quang Thọ 60 2.5.2.3 Phương pháp độ nhấp nhô hằng số Hình 2.26: Đáp ứng của dòng điện và điện áp ngõ ra của độ nhấp nhô hằng số (a) Đáp ứng dòng và áp ngõ ra (b) Đáp ứng phóng to trong khoảng 0,28-0,36s Hình 2.27: Tổn hao chuyển mạch và THD của CR (a) Tổn hao chuyển mạch tức thời và trung bình (b) THD dòng điện 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -30 -20 -10 0 10 20 30 Constant ripple G rid v ol ta ge & c ur re nt (a) Voltage/10 (V) Current (A) 0.28 0.3 0.32 0.34 0.36 -30 -20 -10 0 10 20 30 G rid v ol ta ge & c ur re nt (b) Time (s) Voltage/10 (V) Current (A) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 10 20 Constant ripple S w itc hi ng lo ss (W ) (a) Inst Aver 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0 5 10 C ur re nt T H D (% ) (b) Time (s) 8.25 8.588.29 4.33 4.53 4.28 Trần Quang Thọ 61 (a) (b) (c) (a) Khoảng đầu 0-0,2s (b) Khoảng giữa 0,2-0,3s (c) Khoảng cuối 0,3-0,4s Hình 2.28: Phổ hài dòng điện của phương pháp độ nhấp nhô hằng số Phương pháp độ nhấp nhô hằng số CR (Constant Ripple) [33], [34] còn được gọi là phương pháp điều khiển dòng bão hòa (hysteresis current control) sẽ được thực hiện trong phần này. Chu kỳ chuyển mạch Ts được xác định bằng cách thay đổi độ nhấp nhô dòng điện bằng một hằng số nào đó vào trong (2.1) với yêu cầu sao cho có được tổn hao chuyển mạch tương tự với phương pháp TDD trong các khoảng thời gian tương ứng. Tần số chuyển mạch khi đó thấp đáng kể tại zero của dòng điện và gây nhiễu cao. Các kết quả được thể hiện ở hình 2.26-2.28. 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20.5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 0.5 1 1.5 2 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 19.3 , THD= 4.33% M ag (% o f F un da m en ta l) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20.5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 0.5 1 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 9.658 , THD= 4.53% M ag (% o f F un da m en ta l) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20.5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 0.5 1 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 11.6 , THD= 4.28% M ag (% o f F un da m en ta l) Trần Quang Thọ 62 2.5.2.4 Phương pháp trải phổ cải tiến Hình 2.29: Đáp ứng của dòng điện và điện áp ngõ ra của MSANS. (a) Đáp ứng dòng và áp ngõ ra (b) Đáp ứng phóng to trong khoảng 0,28-0,36s Hình 2.30: Tổn hao chuyển mạch và THD của MSANS. (a) Tổn hao chuyển mạch tức thời và trung bình (b) THD dòng điện 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -30 -20 -10 0 10 20 30 MSANS G rid v ol ta ge & c ur re nt (a) Voltage/10 (V) Current (A) 0.28 0.3 0.32 0.34 0.36 -30 -20 -10 0 10 20 30 MSANS G rid v ol ta ge & c ur re nt (b) Time (s) Voltage/10 (V) Current (A) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40 10 20 MSANS S w itc hi ng lo ss (W ) (a) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 4 5 C ur re nt T H D (% ) (b) Time (s) Inst Aver8.458.29 8.67 4.12 4.41 4.12 Trần Quang Thọ 63 (a) (b) (c) (a) Khoảng đầu 0-0,2s (b) Khoảng giữa 0,2-0,3s (c) Khoảng cuối 0,3-0,4s Hình 2.31: Phổ hài dòng điện của MSANS Như đã được giới thiệu ở chương 1, phương pháp SANS [30] là phương pháp cho hiệu quả giảm sóng hài cao và thực hiện đơn giản. Tuy nhiên, phương pháp này lại được đề xuất cho điều chế vector không gian SVPWM, không phải cho SPWM. Thêm vào đó, phương pháp này cũng không xem xét định lượng tổn hao chuyển mạch và không xem xét cho nghịch lưu nối lưới. Qui luật tần số chuyển mạch thay đổi tăng giảm tuyến tính trong mỗi sector và giống nhau cho cả 6 sector. SANS cũng đề nghị luôn giữ phân số k=0,5 trong biểu thức (1.21) để luôn có được tần số chuyển mạch thay đổi từ 2 phần 3 tần số cố định đến 2 lần tần số cố định. Tuy nhiên, điều này không thực sự phù hợp khi mà tải luôn thay đổi. Vì vậy, nếu giữ nguyên qui luật đó áp dụng vào trong SPWM sẽ cho hiệu quả không cao. Vì vậy, tác giả đề nghị cải tiến SANS lại thành MSANS để áp dụng cho SPWM nhằm có cùng điều kiện cài đặt giống như các phương pháp trên để thuận lợi trong việc nhận xét và đánh giá. Chi tiết của phương pháp này được công bố ở bài báo số V. 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 19.3 , THD= 4.12% M ag (% o f F un da m en ta l) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 0.5 1 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 9.658 , THD= 4.41% M ag (% o f F un da m en ta l) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 11.6 , THD= 4.12% M ag (% o f F un da m en ta l) Trần Quang Thọ 64 2.5.2.5 Kỹ thuật đề xuất Hình 2.32: Đáp ứng của kỹ thuật đề nghị (a) Đáp ứng dòng và áp ngõ ra (b) Đáp ứng phóng to trong khoảng 0,28-0,36s Hình 2.33: Tổn hao chuyển mạch và THD của kỹ thuật đề nghị (a) Tổn hao chuyển mạch tức thời và trung bình; (b) THD dòng điện 0 0.1 0.2 0.3 0.4 -30 -20 -10 0 10 20 30 Proposed G rid v ol ta ge & c ur re nt (a) Voltage/10 (V) Current (A) 0.28 0.3 0.32 0.34 0.36 -30 -20 -10 0 10 20 30 Proposed G rid v ol ta ge & c ur re nt (b) Time (s) Voltage/10 (V) Current (A) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40 10 20 Proposed S w itc hi ng lo ss (W ) (a) Inst Aver 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.40 5 10 C ur re nt T H D (% ) (b) Time (s) 3.85 8.23 8.2 8.55 4.1 3.82 Trần Quang Thọ 65 (a) (b) (c) (a) Khoảng đầu 0-0,2s (b) Khoảng giữa 0,2-0,3s (c) Khoảng cuối 0,3-0,4s Hình 2.34: Phổ dòng điện của kỹ thuật đề nghị (a) (b) Hình 2.35: Chu kỳ và tổn hao chuyển mạch phóng to khi hệ số công suất bằng 1. (a) Chu kỳ chuyển mạch. (b) Tổn hao chuyển mạch. 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20.5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 0.5 1 1.5 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 19.3 , THD= 3.85% M ag (% o f F un da m en ta l) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20.5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 9.659 , THD= 4.10% M ag (% o f F un da m en ta l) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 -10 0 10 Selected signal: 20.5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles Time (s) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 104 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 11.6 , THD= 3.82% M ag (% o f F un da m en ta l) 0.19 0.192 0.194 0.196 0.198 0.20 1 2 3 4 5 6 7x 10 -4 C yc le (s ) Time (s) Switching cycle TDD Constant ripple MSANS Proposed 0.19 0.192 0.194 0.0196 0.198 0.20 5 10 15 S w itc hi ng lo ss (W ) Time (s) TDD Constant ripple MSANS Proposed Average loss Trần Quang Thọ 66 Trong kỹ thuật đề xuất, các chu kỳ chuyển mạch trong các khoảng thời gian cũng được xác định lại bằng GA như trình bày ở trên. Ràng buộc SHE cho khoảng đầu là 1,5% và 1% cho hai khoảng còn lại. Số xung chuyển mạch Np trong mỗi NCKCB thu được là 29, 59, và 58 cho các khoảng tương ứng và được thể hiện ở phụ lục 2-2. (a) (b) Hình 2.36: Chu kỳ và tổn hao chuyển mạch phóng to khi cosϕ<1. (a) Chu kỳ chuyển mạch. (b) Tổn hao chuyển mạch. 0.39 0.392 0.394 0.396 0.398 0.40 1 2 3 4 5 6 7x 10 -4 C yc le (s ) Time (s) Switching cycle TDD Constant ripple MSANS Proposed 0.39 0.392 0.394 0.396 0.398 0.40 5 10 15 20 S w itc hi ng lo ss (W ) Time (s) TDD Constant ripple MSANS Proposed Average loss Trần Quang Thọ 67 Hình 2.37: Dòng và áp khi cosϕ<1 (a) Phương pháp độ méo yêu cầu toàn phần (b) Phương pháp độ nhấp nhô dòng hằng số (c) Phương pháp trải phổ cải tiến (d) Phương pháp đề nghị 0.38 0.385 0.39 0.395 0.4 -15 -10 -5 0 5 10 15 TD D (a) Voltage/20 (V) Current (A) 0.38 0.385 0.39 0.395 0.4 -15 -10 -5 0 5 10 15 C on st an t r ip pl e (b) Voltage/20 (V) Current (A) 0.38 0.385 0.39 0.395 0.4 -15 -10 -5 0 5 10 15 M SA N S (c) Voltage/20 (V) Current (A) 0.38 0.385 0.39 0.395 0.4 -15 -10 -5 0 5 10 15 Pr op os ed (d) Voltage/20 (V) Current (A) Trần Quang Thọ 68 Hình 2.38: THD dòng điện. Bảng 2.5: Tóm tắt tổn hao chuyển mạch và sóng hài Chu kỳ t < 0,2 s 0,2 s < t < 0,3 s 0,3 s < t chuyển mạch Tổn hao chuyển THD Tỉ lệ Tổn hao chuyển THD Tỉ lệ Tổn hao chuyển THD Tỉ lệ mạch (W) (%) (%) mạch (W) (%) (%) mạch (W) (%) (%) Cố định 15,35 2,55 46,7 7,68 5,33 -10,4 9,22 4,32 6 TDD 8,28 4,79 0 8,45 4,83 0 8,67 4,6 0 Nhấp nhô hằng số 8,29 4,33 9,6 8,25 4,53 6 8,58 4,28 7 MSANS 8,28 4,12 14 8,45 4,41 8,7 8,67 4,12 10,4 Đề nghị 8,23 3,85 19,6 8,20 4,10 15 8,55 3,82 17 2.5.3 Nhận xét kết quả của nghịch lưu nối lưới Các kết quả mô phỏng của hệ thống nghịch lưu nối lưới của các phương pháp khảo sát được thể hiện trong hình 2.20-2.38 và bảng 2.5.  Trong trường hợp của TDD, để sóng hài dòng điện nhỏ hơn giới hạn nhưng vẫn có hiệu suất cao thì tần số chuyển mạch phải điều chỉnh theo dòng tải. Trong khoảng thời gian đầu (0-0,2s), để giảm tổn hao chuyển mạch từ 15,35 W xuống còn 8,28 W ở hình 2.24(a) thì cần phải hạ tần số chuyển mạch từ 5 kHz xuống 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.43 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Time (s) C ur re nt T H D (% ) TDD Constant ripple MSANS Proposed Trần Quang Thọ 69 còn 2,7 kHz. Khi đó, thu được sóng hài dòng điện 4,79% vừa nhỏ hơn giới hạn cho phép ở hình 2.24(b). Ngược lại, trong khoảng giữa, để giảm sóng hài dòng điện từ 5,33% xuống còn 4,83% thì phải tăng tần số chuyển mạch từ 5 kHz lên 5,5 kHz. Điều này làm cho tổn hao chuyển mạch tăng từ 7,68 W lên 8,45 W. Một cách tương tự, trong khoảng cuối, để giảm tổn hao chuyển mạch từ 9,22 W xuống còn 8,67 W thì phải hạ tần số chuyển mạch xuống còn 4,7 kHz và cũng thu được sóng hài dòng điện bằng 4,6%, giá trị này vừa nhỏ hơn giới hạn cho phép. Tuy nhiên, các sóng hài riêng lẻ trong hình 2.25 có biên độ cao đáng kể tại tần số bội 2 lần tần số chuyển mạch (hơn 2,5% trong hình 2.25(b)) mặc dù THD nhỏ hơn 5%. Điều này có thể gây nhiễu cho thiết bị thông tin nên cần bộ lọc phụ. Tổn hao chuyển mạch trung bình của phương pháp TDD cũng được dùng làm ngưỡng để so sánh các phương pháp khác trong nghiên cứu này này.  Để có tổn hao chuyển mạch trung bình tương tự như TDD, kết quả của phương pháp CR thể hiện trên hình 2.26-2.28 với THD dòng điện thu được bằng 4,33; 4,53 và 4,28% tương ứng trong các khoảng thời gian. Tuy nhiên, phổ hài ở hình 2.28(a) cho thấy rằng vẫn còn một số hài riêng lẻ cao hơn 1,5% và 1,2% ở hình 2.28(b) và 2.28(c).  Trong phương pháp MSANS, để có tổn hao chuyển mạch trung bình tương tự TDD, các chu kỳ cố định Tc được chọn bằng 330, 165 và 194 µs cho ba khoảng thời gian tương ứng. Phân số k cũng được điều chỉnh bằng 0,5; 0,25 và 0,3 tương ứng theo mức tải để có kết quả sóng hài và tổn hao chuyển mạch trung bình tốt nhất như hình 2.30. Khi đó, cũng thu được sóng hài dòng điện tương ứng trong các khoảng là 4,12; 4,41 và 4,12%. Kết quả này thấp hơn phương pháp TDD và cả phương pháp CR. Thậm chí hài riêng lẻ trong hình 2.31 với biên độ cao cũng không còn nữa. Các kết quả này khá ấn tượng so với các kết quả của các phương pháp trên. Tuy nhiên, chúng cũng không thể tốt hơn các kết quả của phương pháp đề nghị. Bởi vì:  Các kết quả của phương pháp đề nghị ở hình 2.32-2.38 và tổng hợp kết quả của các phương pháp khảo sát ở bảng 2.5 cho thấy rằng: Trần Quang Thọ 70 + Chu kỳ chuyển mạch của các khoảng được xác định bằng GA (trong phụ lục 2-2) cho tổn hao chuyển mạch trung bình bằng với phương pháp TDD, nhưng sóng hài dòng điện tương ứng trong các khoảng bằng 3,85; 4,1 và 3,82% và thấp nhất so với kết quả của các phương pháp trên. Tỉ lệ giảm sóng hài của MSANS là 14; 8,7 và 10,4 % so với TDD trong các khoảng tương ứng. Trong khi tỉ lệ giảm sóng hài của phương pháp đề nghị là 19,6; 15 và 17 % so với TDD. Tỉ lệ giảm này cho thấy kết quả của phương pháp đề nghị là tốt nhất trong việc giảm sóng hài của nghịch lưu. + Dòng điện đỉnh của kỹ thuật đề nghị là 9,659A trong hình 2.34(b) cũng hơi cao hơn so với các phương pháp khác trong các hình 2.25(b), 2.28(b), và 2.31(b). Sự cao hơn này cũng dẫn đến hệ số công suất cao hơn của nghịch lưu [5]. + Trong trường hợp cosϕ=1, chu kỳ chuyển mạch tại zero của dòng điện trong kỹ thuật đề nghị ở hình 2.35(a) thấp nhất so với các phương pháp khác nên giảm sóng hài đáng kể trong khi tổn hao chuyển mạch tức thời ở hình 2.35(b) tăng không đáng kể. Ngược lại, tại lân cận đỉnh của dòng điện, chu kỳ chuyển mạch củ