Các phương pháp điều khiển chia tải các bộ nghịch lưu kết nối song song trong Microgrid độc lập
CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIA TẢI CÁC BỘ NGHỊCH LƢU
KẾT NỐI SONG SONG TRONG MICROGRID ĐỘC LẬP
LOAD SHARING METHODS FOR THREE-PHASE PARALLEL INVERTERS
IN STANDELONE MICROGRID.
Lê Minh Phƣơng1, Huỳnh Ngọc Dự2
1Trường đại học Bách Khoa TP.HCM
2 Học viên cao học Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
TÓM TẮT
Bài báo trình bày kỹ thuật chia tải mới cho các bộ nghịch lưu áp ba pha kết nối song song trong
lưới độc lập. Trong đó đề xuất bộ điều khiển droop cải tiến cho phép chia tải chính xác tỷ lệ với
công suất định mức của bộ nghịch lưu đảm bảo giảm sụt áp do ảnh hưởng của tải và các hệ số
droop và duy trì điện áp tải trong phạm vi định mức. Trong đó công suất tác dụng và công suất
phản kháng được chia bằng cách điều chỉnh điện áp droop tham chiếu trong điều kiên nhiều bộ
nghịch lưu làm việc song song với sự khác biệt rõ rệt giữa tổng trở đường dây, tổng trở ngõ ra
của các bộ nghịch lưu. Mô hình điều khiển đƣợc mô phỏng bằng Matlab-Simulink cho ba bộ
biến tần nguồn áp kết nối song song. Kết quả mô phỏng đã chứng minh tính đúng đắn của kỹ
thuật điều khiển này.
Từ khóa: Điều khiển droop ; bộ nghịch lưu song song ; chia công suất.
ABSTRACT
This paper presents a new load sharing technique for parallel-connected three-phase inverters in
Standelone Microgrid. The paper proposed improvements droop controller to accurate load
share by ratio with rated power of the inverter. In addition, the proposed scheme ensures reduced
load voltage droop due to the load and droop. In the paper, the active power and reactive power
are divided by voltage regulation under reference voltage in conditions of stark difference
between line impedances. The control model is simulated by Matlab-Simulink for 3
parallel-connected threephase inverters . Simulation results demonstrate the correctness of this
control technique.
Keywords: Droop control; three-phase parallel inverters; power sharing.
1. GIỚI THIỆU
nghịch lưu kết nối song song và duy trì sự ổn
định điện áp, tần số[2].Để nâng cao công
suất của microgrid, tăng lượng công suất
truyền tải hay kết nối nhiều nguồn phát, các
bộ nghịch lưu phải được kết nối song song.
Các bộ nghịch lưu hoạt động song song sẽ
tạo thành hệ thống dự phòng, nâng cao độ tin
cậy hệ thống, giảm khả năng quá tải của từng
bộ nghịch lưu đồng thời tạo tính linh hoạt
cho phép đóng ngắt nguồn vào lưới một cách
dễ dàng[3]. Việc kết nối song song các bộ
nghịch lưu chung thanh cái AC là vấn đề khó
khăn và phức tạp hơn nhiều so với việc kết
nối song song các nguồn DC, vì mỗi bộ
nghịch lưu phải đảm bảo chia đúng tải đồng
thời đảm bảo đồng bộ trong hệ thống. Vấn đề
đặt ra trong việc kết nối song song các bộ
Ngày nay, các nguồn điện phân tán (DG)
được quan tâm rất nhiều trong các lĩnh vực
công nghiệp và trở thành một trong các
hướng nghiên cứu đang được quan tâm nhất
trong lĩnh vực năng lượng[1]. Microgrid là tổ
hợp các nguồn và cụm các tải hoạt động như
một hệ thống điều khiển thống nhất cung cấp
điện cho tải trong khu vực và kết nối lưới.
Các nguồn điện phân tán trong Microgrid có
khả năng điều khiển và độ tin cậy cao hơn so
với các máy phát điện thông thường, điều
này cho phép microgrid đóng một vai trò
quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của
lưới điện. Trong chế độ độc lập, microgrid có
hai nhiệm vụ quan trọng là chia đều công
suất theo yêu cầu của phụ tải giữa các bộ
nghịch lưu là làm thế nào để chia tải và đảm
bảo chúng được kết nối hay ngắt một cách
linh hoạt không ảnh hưởng đến độ tin cậy
của hệ thống. Những sơ đồ điều khiển có thể
được phân thành hai nhóm chính[3].
Phương pháp điều khiển trượt (Droop
control) các bộ nghịch lưu - còn được gọi là
phương pháp điều khiển độc lập hay không
dây, hoạt động dựa trên nguyên lý trong hệ
thống điện, tức là dựa trên nguyên lý tự điều
chỉnh của máy phát điện đồng bộ trong chế
độ kết nối lưới : công suất tác dụng tăng khi
điện áp giảm, công suất phản kháng tăng khi
tần số lưới tăng.
Dạng thứ nhất dựa trên các kỹ thuật chia
tải tích cực, và phần lớn trong số họ có
nguồn gốc từ các sơ đồ điều khiển song song
các bộ dc-dc, như điều khiển tập trung,
dạng master-slave (MS), chia tải trung bình
(ALS) , và điều khiển chuỗi tròn (3C).
Trong trường hợp các bộ nghịch lưu kết
nối song song, công suất tác dụng và công
suất phản kháng cung cấp cho các thanh cái
AC là giá trị trung bình, và vì vậy tín hiệu
này sẽ được sử dụng để làm tín hiệu tham
chiếu điều chỉnh tần số và biên độ điện áp
đầu ra của các bộ nghịch lưu. Phương pháp
droop đạt được độ tin cậy cao và đảm bảo
tính linh hoạt trong việc sắp đặt vị trí ý của
các mô-đun vì nó chỉ sử dụng các phép đo tại
chỗ.
Dạng thứ hai hoạt động dựa trên việc sử
dụng nguyên lý Droop, được sử dụng rộng
rãi trong hệ thống phát điện thông thường .
Ưu điểm là không cần hệ thống thông tin
truyền thông giữa các bộ nghịch lưu với
nhau.. Theo phương pháp này việc điều
chỉnh tần số và biên độ điện áp đầu ra được
thực hiện theo công suất tác dụng và công
suất phản kháng cung cấp bởi bộ nghịch lưu.
Phương pháp droop đạt được độ tin cậy cao
và tính linh hoạt trong phân bố các mô-đun,
vì chỉ sử dụng phép đo công suất tại chỗ.
2.1 Droop control thông thƣờng
Phương pháp droop control cho các bộ
biến tần kết nối song song có thể tránh sự
phụ thuộc vào giao tiếp. Nó đôi khi được gọi
là điều khiển "không dây" với không có sự
kết nối bên trong giữa các biến tần. Tuy
nhiên, nó có thể dẫn đến một sự nhầm lẫn
với giao tiếp không dây trong ý nghĩa của
giao tiếp dựa trên tần số vô tuyến. Ý tưởng
cơ bản của cấp độ điều khiển này (còn có tên
là kiểm soát ban đầu) là để mô phòng hoạt
động của một máy phát điện đồng bộ, làm
giảm tần số cũng như tăng công suất tác
dụng. Khi trở kháng đầu ra biến tần là cao
hơn dòng cảm ứng, do đó các công suất tác
dụng và phản kháng rút ra từ thanh cái có thể
được thể hiện như sau:
Tuy nhiên, phương pháp droop truyền
thống có một số nhược điểm làm hạn chế
phạm vi ứng dụng của nó, như: a) đáp ứng
chậm với sự thay đổi của tải; b) phải cân
bằng giữa độ chính xác trong chia công suất
và độ lệch tần số và điện áp; c) mất cân bằng
thành phần hài dòng điện; và d) phụ thuộc
nhiều vào đường dây và trở kháng đầu ra của
biến tần. Vì vậy, mặc dù có sự tiến bộ đáng
kể trong việc nghiên cứu các giải pháp,
nhưng vẫn tồn tại vấn đề chia tải chính xác tỷ
lệ với công suất định mức của bộ nghịch lưu.
Đặc biệt, độ chính xác trong việc chia tải của
công suất phản kháng (theo Q-E và P-ω
droop) là không cao [4]. Một số phương
pháp phát triển để chia sẻ tải bằng nhau, như
trong [5], không thể áp dụng trực tiếp để chia
sẻ theo tỷ lệ theo công suất định mức của các
bộ nghịch lưu. Một vấn đề khác đặt ra là điện
áp đầu ra giảm do sự gia tăng của tải và do
chính bộ điều khiển Droop [5]. Do đó, vấn
đề chia tải tỷ lệ cần phải được nghiên cứu
trên cơ sở hệ thống.
VE
P i sin
i
X
(1)
VEi cos V 2
Q
i
X
Trong đó: X là điện kháng đầu ra của
một biến tần, φ là góc pha giữa điện áp đầu
ra của biến tần và điện áp của các thanh cái
thông thường, Ei và V là biên độ của điện áp
đầu ra của biến tần và điện áp lưới điện,
tương ứng.
2. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
TRƢỢT (DROOP CONTROL) VÀ CHIA
TẢI
VcomE Vc2om
Các thuật toán điều khiển với droop
control thông thường được minh họa trong
hình 1. Giai đoạn công suất bao gồm VSI với
một bộ lọc LC và một bộ đường dây nối. Bộ
điều khiển bao gồm ba vòng điều khiển.
P
Z
(2)
VcomE
Q
..
Do đó, điện áp tác dụng và tần số phản
kháng (VPD/FQB) được định nghĩa như
sau :
1. Một bộ điều khiển chia công suất
được sử dụng để tạo ra độ lớn và tần số của
điện áp đầu ra cơ bản của biến tần theo các
đặc trưng droop.
w w mQ.Q
i
rated
rated
i
2. Một bộ điều khiển điện áp được sử
dụng để tổng hợp các bộ lọc tham khảo cuộn
cảm vector dòng điện.
(3)
E E
nP.P
i
i
3. Một bộ điều khiển dòng điện được
thông qua để tạo ra các lệnh điện áp của một
mô-đun điều chế độ rộng xung.
Những đặc tính droop/boost của phương
pháp VPD/FQB được hiển thị trong hình 2.
Loại điều khiển này cung cấp một hiệu suất
được cải thiện cho việc kiểm soát điện áp
thấp AC microgrid với đường dây tải điện trở
cao. Tuy nhiên, phương pháp VPD/FQB phụ
thuộc mạnh mẽ vào các thông số hệ thống
trong đó hạn chế đáng kể các ứng dụng của
nó. Hơn nữa, nó cũng không thể chia sẻ đúng
cách tải dòng tác dụng.
Hình 1. Cấu trúc điều khiển của bộ P/f và
Q/V droop control thông thường
2.2 VPD/FGB droop control
Hình 2. Đặc tính droop/boost của điện
áp thấp AC microgrid (a) phương pháp VPD
(b) Phương pháp FQB.
Trong khi các phương pháp điều khiển
tần số droop thông thường hoạt động tốt
trong một microgrid với trở kháng dòng chủ
yếu là cuộn cảm, nó có thể trình bày vấn đề
khi thực hiện nó trên một microgrid điện áp
thấp, nơi trở kháng trung chuyển chủ yếu là
điện trở. Lưu ý rằng các công suất tác dụng
và phản kháng được phân phát của các biến
tần vẫn tăng với E, nhưng ở đây, sự gia tăng
công suất phản kháng với góc công suất φ,
và công suất tác dụng vẫn còn tăng cùng với
sự thay đổi điện áp (E - Vcom), như có thể
thấy trong những điều sau đây xấp xỉ góc
nhỏ nổi tiếng:
2.3 Phƣơng pháp dự đoán trở kháng
đƣờng dây
Nhiều vấn đề không thể được giải quyết
bằng cách sử dụng các phương pháp droop
control thông thường, chẳng hạn như phụ
thuộc dòng trở kháng, không chính xác qui
định P hoặc Q và chậm phản ứng tức thời
[6]. Trong [7], xem xét ảnh hưởng của trở
kháng phức tạp, mô hình này cho các bộ điều
khiển mà có thể đơn giản hóa các mối quan
hệ công suất tác dụng và phản kháng, cung
cấp hiệu suất năng động tốt, và được thuận
tiện hơn khi điện trở và điện cảm phần dòng
trở kháng tương tự (X ≈ R) trong lưới
microgrids. Trong trường hợp đặc biệt này,
các chức năng droop có thể được thể hiện
như:
kháng bất đối xứng và đảm bảo hiệu năng
chia công suất tốt.
Để cải thiện hiệu suất động của các biến
tần song song trong hệ thống DG, một điều
khiển droop "không dây" được đề xuất [9].
w w m .(P Q)
0
P
(4)
E E n .(P Q)
0
Q
t
dP
dt
m. Pd m .P m
P
d
Để dễ dàng điều khiển đồng thời công
(6)
suất tác dụng và phàn kháng và điều chỉnh
các điểm kết nối chung (PCC) điện áp, một
phương pháp điều khiển droop P-Q-V được
đề xuất[8]. Đối với hệ thống điện với trở
kháng phức tạp, cả công suất tác dụng và
phản kháng đều ảnh hưởng đến cường độ
điện áp. Do đó, các đặc điểm droop cho các
đề xuất phương pháp droop P-Q-V được cho
bởi
dQ
dt
E E* n.Q nd .
.
Trong một microgrid AC tương đối nhỏ,
thay đổi tải lớn có thể được dự kiến. Sau đó,
một thuật ngữ đạo hàm thích ứng được sử
dụng để thêm giảm xóc và để tránh quá độ
ban đầu lớn và lưu thông dòng điện như
dP
w w* KP.(P Pi,ref ) Kpd
i
V Vref (nd .P)(md .Q)
i
dt
(5)
dQ
i
Trong đó: Vref là giá trị tham khảo mong
muốn của điện áp PCC, trong trường hợp
này, 1 p.u; nd và md là các hệ số công suất tác
dụng và phản ứng đối với phương pháp
P-Q-V droop đề xuất. Hơn nữa, các hệ số
điều chỉnh droop đang trực tuyến thông qua
một tra cứu bảng dựa trên các mức điện áp
PCC. Các thuật toán điều khiển của phương
pháp P-Q-V droop đề xuất được thể hiện
trong hình 3.
V Vref KQ.(Q Qi,ref ) Kpd
i
i
dt
(7)
Trong đó lựa chọn của Kpd và Kqd có thể
thu được thông qua các phương pháp sắp xếp
cực.
Ngoài ra, có một số giải pháp khác để
giải quyết vấn đề đáp ứng động: droop dựa
trên bộ lọc khớp nối thông số, dựa trên sự
nghiên H∞ bắt nguồn từ lý thuyết điều khiển
tuyến tính ma trận bất bình đẳng.
2.4 Phƣơng pháp điều khiển góc
Trong điều tra thêm về khái niệm droop,
một số nhà nghiên cứu đã đề xuất angle
droop control, trong đó góc pha của điện áp
nguồn được phân phát, tương đối với một tài
liệu tham khảo cho toàn hệ thống thời gian
thông thường được thiết lập [11]. Kết quả là,
các yêu cầu công suất có thể được phân phối
giữa DG, tương tự như droop thông thường,
bằng cách dropping các góc điện áp và độ
lớn
Hình 3. Thuật toán điều khiển với
phương pháp P-Q-V được đề xuất.
mP.(P P
)
i
rated
i
i,rated
(8)
Hơn nữa, vòng lặp bổ sung chẳng hạn
như điện áp trở kháng giảm ước lượng, lưới
điện thông số ước lượng [9] và vòng lặp
dòng điện phản kháng đã được thêm vào
droop control thông thường để giải quyết trở
E E
nQ.(Q Q
)
i
rated
i
i,rated
Trong đó: Erated và δrated là tỷ lệ độ lớn điện
áp và góc của DG tương ứng, khi cung cấp
mức tỷ lệ công suất về Pirated và Qirated. Hệ số
mP và nQ là droop gains công suất tác dụng
và phản kháng. Những giá trị này được chọn
để đáp ứng yêu cầu điều chỉnh điện áp trong
microgrid. Các giá trị hệ số cho DG khác
nhau được lựa chọn để chia tải tương ứng với
tỷ lệ của nó.
quay, dòng điện trở, và chia sẻ cao trong DG,
nó ít được kiểm soát hơn so với máy phát
điện trung tâm và đòi hỏi phải khai thác tối
ưu công suất.
Đầu tiên, các nguyên tắc kiểm soát
droop Vg/Vdc được dựa trên các đặc điểm cụ
thể của lưới microgrid AC độc lập. Nếu một
mất cân bằng xảy ra giữa các công suất tác
dụng và phản kháng thì điện áp liên kết DC
Vdc của nguồn công suất thay đổi. Do đó, Vdc
là chỉ số cho công suất AC thay đồi
Vg* Vg,nom m.(Vdc Vdc,nom
)
(9)
Trong đó: Vg, nom và Vdc, nom là điện áp danh
định của ac và dc bên biến đổi công suất.
Lưu ý rằng một chút thay đổi của Vg cũng
dẫn đến một sự thay đổi về công suất phân
phát cho mạng lưới điện. Để hạn chế độ lệch
đáng kể của điện áp bên ac, Pdc/Vg droop với
băng thông công suất được sử dụng [12], như
biểu thức :
Hình 4. Droop control với băng thông công
suất.
Droop góc có thể cung cấp chia tải phù hợp
giữa các DG mà không giảm tần số trạng thái
ổn định đáng kể trong hệ thống và nó có lợi
thế là tối đa tần số hạn chế sự lựa chọn của
tăng droop trong việc kiểm soát tần số droop
thông thường. Hơn nữa, không có giao tiếp
cần thiết giữa DG. Tuy nhiên, nếu các bảng
điều khiển trong đó không được đồng bộ với
nhau, sự không hoàn hảo của đồng hồ tinh
thể của các bộ vi xử lý kỹ thuật số làm cho
tần số của mỗi biến tần hơi khác nhau, mà sẽ
dẫn đến chạy ra khỏi giới hạn pha sau thời
gian nhất định, dẫn đến hệ thống không ổn
định. Một số tác giả đề nghị dùng điều khiển
mạng lưới thanh cái hoặc thậm chí hệ thống
định vị toàn cầu để đồng bộ hóa DG. Tuy
nhiên, sự mất mát của các tín hiệu đồng bộ
hóa toàn cầu tại một số đơn vị DG cần được
nghiên cứu thêm.
P
dc,nom KP.(Vg (1 b).Vg,nom
)
if Vg > (1+b)Vg,nom
P
,
dc,nom
P
dc
if (1-b)Vg,nom Vg (1b)Vg,nom
dc,nom KP.(Vg (1b).Vg,nom
P
)
if Vg > (1b)Vg,nom
(10)
Trong đó: Pdc, nom là công suất tác dụng của
bên AC của bộ biến đổi công suất, và Kp là
độ lợi công suất. Lưu ý rằng chiều rộng b của
băng thông này là phụ thuộc vào bản chất
của nguồn.
Tóm lại, chiến lược điều khiển điện áp dựa
trên việc sử dụng đầy đủ các phạm vi cho
phép của điện áp đầu ra. Trong này phạm vi,
các nguồn năng lượng tái tạo đang tích cực
hoạt động tại thời điểm theo dõi công suất tối
đa. Đây là đặc biệt thuận lợi cho DGs là vì
công suất của họ có thể được sử dụng hiệu
quả hơn.
2.5 Droop control dựa trên điện áp
Phương pháp điều khiển này là một loại
hình điều khiển P/V. Các chiến lược điều
khiển trình bày một điều khiển công suất
trượt của microgrid AC độc lập, hoạt động
mà không có giao tiếp liên lạc phân phối một
cách đầy đủ và có các đặc điểm cụ thể của
microgrid vào trong từng khu vực. Những
đặc điểm này bao gồm việc thiếu quán tính
3. SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN DROOP ĐỀ
XUẤT
Để khắc phục các vấn đề chia sẻ công
suất, một vài phương pháp cải tiến đã được
đề xuất.
nhau như trường hợp bộ điều khiển droop
thông thường. Độ chính xác của việc chia sẻ
công suất tác dụng không còn phụ thuộc vào
trở kháng đầu ra biến tần (bao gồm cả trở
kháng đường dây) và cũng là không bị ảnh
hưởng với các lỗi tính toán số học và rối loạn.
Sai số trong việc chia sẻ công suất tác dụng
xuất phát từ lỗi trong đo lường giá trị hiệu
dụng của điện áp tải. Độ lệch công suất tác
dụng ΔPi do sai số đo lường trị hiệu dụng
điện áp ΔV0i được xác định:
Để giải quyết vấn đề trên, dựa vào
nguyên tắc cơ bản của lý thuyết điều khiển,
ta có thể thêm vào Ei thông qua một bộ
khuếch đại ke, và ta thu được bộ điều khiển
droop cải tiến được trình bày trên hình 5. Với
sơ đồ điều khiển này có giảm đáng kể ảnh
hưởng của lỗi tính toán, nhiễu...,đồng thời
đảm bảo chia công suất chính xác theo tỷ lệ
và không phụ thuộc vào sự thay đổi của các
tham số.
ke
P Vpcc
i
ni
(15)
Switch signal
Local
Control
Đối với hai bộ nghịch lưu hoạt động song
song với công suất định mức P1*, P2*, Tỷ lệ
sai sô chia công suất với sai số đo lường trị
hiệu dụng điện áp ΔVpcc = V2-V1 được xác
định
Reactive
sharing control
w
PID
PID
S1
0
1
0
θ
Vq*
δVq
-
+
X
X
+
1
0
+
Vqref
0
S2
iq
id
dq
iabc
Voltage
Control
abc
X
X
Gq
δVd
-
1
0
Vdref
+
Vd*
S3
Q*
PID
Q
P
vabc
Vpcc
P
P
P P keE*
Power Calc
1
2
2
ep %
1
Active sharing
control
Edm
V
iabc
P* P* P* P* ni P* E*
+
P*
PID
-
1
2
1
2
i
(16)
Edm
+
-
Nếu cảm biến đo tại điểm nối chung là chính
xác thì Vpcc bằng 0 thì việc chia sẻ công
suất chính xác có thể đạt được. ep% là phần
trăm sai số chia tải và tỷ lệ với tỷ lệ sai số đo
lường ΔVpcc/E*. Nếu điện áp Vpcc của tất
cả các bộ nghịch lưu được đo lường chính
xác và bằng nhau thì sai số chia công suất
tác dụng theo tỷ lệ sẽ bằng 0.
Vdref
+
-
PID
Gp
Hình 5. Sơ đồ điều khiển đề xuất
Điện áp droop có thể viết như sau :
Ei Ei E* n P
i
i
(11)
Và điện áp Ei có thể xác định qua việc
lấy tích phân Ei :
Sơ đồ điều khiển cho phép giảm sụt giảm
trong điện áp tải. Từ (4.18), điện áp tải là
t
E 0 E dt
i
i
(12)
ni
ni P
Vpcc E* P E*
E*
i
i
keE*
Trong trạng thái xác lập tích phân bằng là 0,
ke
(17)
do đó:
Theo sơ đồ điều khiển đề xuất có thể bù sự
sụt giảm điện áp do ảnh hưởng tải và hiệu
ứng droop và do đó, cung cấp khả năng tốt
hơn nhiều điều chỉnh điện áp. Sự sụt giảm
điện áp ở đây không còn được quyết định bởi
các trở kháng đầu ra như trong sơ đồ truyền
thống mà phụ thuộc vào thông số ni, ke và
công suất Pi. Độ sụt áp niPi*/keE* điều
khiển giảm bằng cách tăng ke. Tuy nhiên, khi
có sai số trong các phép đo điện áp hiệu dụng
giữa các bộ nghịch lưu, thì phải cân nhắc
giữa cải thiện chất lượng điện áp và độ chính
xác của việc chia công suất vì sự sụt giảm
iện áp tỷ lệ thuận với ni/ke nhưng sai số chia
công suất lại tỉ lệ nghịch với ni/ke.
n P ke (E* Vpcc )
i
i
(13)
Điều kiện để các bộ nghịch lưu làm việc
song song và chia công suất tác dụng tỷ lệ
với công suất định mức của chúng thì phải
thỏa mãn điều kiện, có nghĩa là là vế phải
của biểu thức (13) luôn bằng nhau đối với tất
cả các bộ nghịch lưu. Điều này thực hiện
bằng cách lựa chọn giá trị ke của các bộ
nghich lưu là như nhau, tức là
n P Ke (E* Vpcc ) const
i
i
(14)
Như vậy đảm bảo chia công suất tác dụng
chính xác theo tỷ lệ mà không cần điều khiển
cho điện áp các bộ nghịch lưu Ei phải bằng
L(H)
0.001
0.002
0.003
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Mô hình điều khiển được mô phỏng
bằng phần mềm Matlab/Simulink, trong đó
thực hiện điều khiển 3 bộ nghịch lưu công
suất định mức 3kW với thông số mô hình
được trình bày trong bảng 1 trong 4 trường
hợp. Trình bày những hạn chế của nghiên
cứu và những hướng nghiên cứu tiếp tục
trong tương lai.
a. Trường hợp 1- Tỷ lệ công suất 1:1:1,
Mode 1
P1=1595, P2=1593, P3= 1587
Bảng 1. Các thông số cơ bản của các
biến tần.
Q1=949, Q2=948, Q3=940
Ký hiệu
Tham số
Giá trị
Điện áp ngõ ra
danh định
E* (V)
311
w* (rad/s) Tần số danh định
2π50
Hình 6. Kết quả mô phỏng theo tỉ lệ 1:1:1
b. Trường hợp 1- Tỷ lệ công suất 1:2:3,
Mode 1
Hệ số droop điện
n (V/W)
1x10-2
áp
m
Hệ số droop tần
số
34.3e-6
1
(Hz/Var)
P3= 2392
P2=1595
P1=799
ke
Hệ số
VDC Điện áp ngõ vào
600V
Điện trở cuộn lọc
Tụ lọc ngõ ra
Rf ()
0.1
Q3=1415
Q2=946.6
Q1=476
Cf (F)
20e-6F
Tải chung lớn
nhất
Tải (kW)
4.5
Tải (kW)
Tải (kW)
Tải (kW)
Tải riêng DG 1
Tải riêng DG 2
Tải riêng DG 3
1
1
1
Hình 7. Kết quả mô phỏng theo tỉ lệ 1:1:1
c. Trường hợp3-Tỷ lệ công suất 1:1:1,Mode
1 trước sau đó chuyển sang Mode 0 ở 2s.
Bảng 2. Thông số định mức đƣờng dây
Thông
số
Inverter Inverter Inverter
1
2
3
0.3
0.7
0.9
R()
lệ 1:2:3, Mode 1 trước sau đó chuyển sang
Mode 0 ở 2s
4. KẾT LUẬN
Bài báo đã trình bày sơ đồ điều khiển Droop
cải tiến cho phép chia công suất chính xác tỷ
lệ với công suất định mức của các bộ nghịch
lưu áp ba pha kết nối song song trong lưới độc
lập. Sơ đồ đề xuất không yêu cầu điều kiện
bằng nhau của các điện áp ra của các bộ
nghịch, hay tỷ lệ điện trở của các đường dây
với hệ số droop. Kết quả mô phỏng cho nhiều
bộ nghịch lưu cho thấy ưu điểm vượt trội của
sơ đồ đề xuất so với sơ đồ truyền thống đặc
biệt được thể hiện trong trường hợp thông số
đường dây kết nối của các bộ nghịch lưu khác
nhau. Khi đó, sai số chia công suất tác dụng
của sơ đồ truyền thống đạt cao trong khi với
sơ đồ đề xuất là 0.6%.
Hình 8. Kết quả mô phỏng và sai số theo tỉ
lệ 1:1:1, Mode 1 trước sau đó chuyển sang
Mode 0 ở 2s
d. Trường hợp4-Tỷ lệ công suất 1:2:3,Mode
1 trước sau đó chuyển sang Mode 0 ở 2s.
P3= 2392
P3= 2315
P2=1595
P2=1541
P1=799
P1=773.4
Q3=1415
Q3=1353
Q2=946.6
Q2=917
Q1=465
Q1=476
Hình 9. Kết quả mô phỏng và sai số theo tỉ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Solar Technology AG (SMA), “Windy Boy – Inverter for Wind Energy Power Plant,”
Germany, 2010.
[2] R. H. Lasseter, “Microgrids,” in Proc. IEEE Power Eng. Soc. Winter Meeting, New York,
NY, USA, 2002, pp. 305–308.
[3]. J. Guerrero, J. Vasquez, J. Matas, M. Castilla, and L. García de Vicuña,“Control strategy
flexible microgrid based on parallel lineinteractive UPS systems,”IEEE Trans. Ind. Electron.,
vol. 56, no. 3, pp. 726–736, Mar. 2009. no. 11, pp. 4734–4739, Nov. 2012.
[4]. S. V. Iyer, M. N. Belur, and M. C. Chandorkar, “A generalized computational
method to determine stability of a multiinverter microgrid,”IEEE Trans. Power Electron., vol.
25, no. 9, pp. 2420–2432, Sep. 2010.
[5]. J. M. Guerrero, L. García de Vicuña, and J. Uceda, “Uninterruptible powersupply systems
provide protection,” IEEE Ind. Electron. Mag.,vol.1, no. 1, pp. 28–38, 2007.
[6]. M. Chandorkar, D. Divan, and R. Adapa, “Control of parallel connected inverters in
standalone AC supply systems,” IEEE Trans. Ind. Appl.,vol. 29, no. 1, pp. 136–143, Jan./Feb.
1993.
[7]. C. Sao and P. Lehn, “Autonomous load sharing of voltage source converters,”IEEE Trans.
Power Del., vol. 20, no. 2, pp. 1009– 1016, Apr. 2005.
[8]. Wei Yao, Min Chen, José Matas, Josep M. Guerrero,Senior Member, IEEE,and ZhaoMing
Qian,Senior Member, IEEE “Design and Analysis of the Droop Control Method for Parallel
Inverters Considering the Impact of the Complex Impedance on the Power
Sharing”. IEEE Trans On Inductrial Electronics, vol. 58, no. 2, pp. 576–588, Feb. 2011.
[9]. Joan Rocabert, Member, IEEE, Alvaro Luna, Member, IEEE, Frede Blaabjerg, Fellow,
IEEE,and Pedro Rodr´ıguez, Senior Member, IEEE “Control of Power Converters in AC
Microgrids” IEEE Trans On Power Electronics, vol. 27, no.11, pp. 4734–4749, Feb. 2012.
[10].J. Guerrero, L. Hang, and J. Uceda, “Control of distributed uninterruptible power supply
systems,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 8, pp. 2845–2859, Aug. 2008.
[11].Dan Wu; Fen Tang; Guerrero, J.M.; Vasquez, J.C.; Guoliang Chen; Libing Sun
"Autonomous active and reactive power distribution strategy in islanded microgrids",
Autonomous active and reactive power distribution strategy in islanded microgrids Power
Electronics Conference and Exposition (APEC), 2014 Twenty-Ninth Annual IEEE
[12].Dan Wu; Fen Tang; Vasquez, J.C.; Guerrero, J.M “Control and analysis of droop and
reverse droop controllers for distributed generations” Multi-Conference on Systems, Signals
& Devices (SSD), 2014 11th International
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:
Họ tên: Huỳnh Ngọc Dự
Đơn vị: Học viên cao học Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Điện thoại: 01664885391
Email: [email protected]
9 trang
09/01/2024
22820
Free
Bạn đang xem tài liệu "Các phương pháp điều khiển chia tải các bộ nghịch lưu kết nối song song trong Microgrid độc lập", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- cac_phuong_phap_dieu_khien_chia_tai_cac_bo_nghich_luu_ket_no.pdf
