Điều khiển nghịch lưu nguồn z ứng dụng cho hệ phát điện phân tán tt

24

1

điện cảm L và tụ Cpv trong mô hình, thứ hai là phương pháp tuyến
tính hóa chính xác. Khảo sát ứng dụng bộ biến đổi điều khiển hệ phát
điện pin mặt trời, có kết hợp với thuật toán xác định điểm làm việc
công suất lớn nhất và các mạch vòng phía xoay chiều, đảm bảo khả
năng hấp thụ công suất và chuyển ra lưới trong các điều kiện thay đổi
ánh sáng và nhiệt độ môi trường. Hệ thống được kiểm chứng bằng
mô hình mô phỏng offline và mô phỏng thời gian thực.
• Mô hình hóa NLNZ khi đầu vào nối với nguồn áp. Thiết kế bộ
điều chỉnh ổn định điện áp trên tụ C1 và C2 trong mạng trở kháng
nguồn Z bằng hằng số theo phương pháp backstepping thích nghi, xét
đến trường hợp tải thay đổi. Đối với ứng dụng bộ biến đổi điều khiển
máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong hệ phát điện sức gió,
nghiên cứu tích hợp với các mạch vòng phía xoay chiều để đảm bảo
ổn định điện áp xoay chiều trên tải trong chế độ độc lập và điều khiển
được quá trình trao đổi công suất trong chế độ nối lưới. Xây dựng các
mô hình mô phỏng offline và mô phỏng thời gian thực để kiểm
chứng cấu trúc điều khiển và khả năng hoạt động của toàn hệ thống
khi tốc độ gió thay đổi trong dải rộng.
• Xây dựng mô hình thực nghiệm NLNZ trong phòng thí nghiệm,
với các thuật toán điều khiển được cài đặt trên DSP TMS320F2812
để đánh giá khả năng làm việc trong hai chế độ: độc lập và nối lưới.
Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo:
• Nghiên cứu thêm về phương pháp điều khiển cho NLNZ khi
điều kiện đối xứng mạng trở kháng không thỏa mãn. Do khi đó, đối
tượng điều khiển được mô tả bởi hệ phương trình vi phân bậc 4.
• Đánh giá tính bền vững của hệ thống điều khiển NLNZ cho hê
phát điện phân tán, khi lưới điện xuất hiện trạng thái không bình

thường (Abnormal).
• Nghiên cứu, vận dụng nội dung của luận án cho bộ biến đổi điện
tử công suất khác, sử dụng cho hệ phát điện phân tán. Đặc biệt, bộ
biến đổi có thêm khâu DC/DC, được điều khiển theo phương pháp
PWM
• Đặt ra vấn đề tích hợp hệ phát điện phân tán thành một hệ thống
điện mới như: Micro grid, Smart grid...trên cơ sở sử dụng các thiết bị
biến đổi điện tử công suất như: NLNZ, NLNA...

MỞ ĐẦU
Sự xuất hiện các hệ phát điện phân tán (DG - Distributed Generation)
là sự bổ sung cần thiết cho nguồn năng lượng hiện tại. Hệ phát điện
phân tán tạo ra các dạng nguồn năng lượng sơ cấp khác nhau, nên
cần thiết phải có thiết bị biến đổi điện tử công suất để biến đổi sang
năng lượng điện phù hợp, cấp cho phụ tải khác nhau. Do đó, lựa chọn
cấu trúc mạch lực thiết bị biến đổi điện tử công suất và phương pháp
điều khiển đóng vai trò quan trọng đảm bảo việc khai thác hiệu quả
hệ phát điện phân tán. Nghịch lưu nguồn Z (NLNZ) được giới thiệu
vào năm 2003, là thiết bị chỉ với một tầng biến đổi điện tử công suất,
cho phép đạt điện áp đầu ra mong muốn khi điện áp sơ cấp đầu vào
thay đổi, phù hợp với đặc điểm làm việc của hệ phát điện phân tán.
Do đó, luận án đặt ra nhiệm vụ ‘‘Điều khiển nghịch lưu nguồn Z ứng
dụng cho hệ phát điện phân tán” sử dụng các phương pháp điều
khiển phi tuyến, để làm cơ sở nâng cao chất lượng điều khiển khi ứng
dụng cho hệ phát điện phân tán. Kết quả nghiên cứu này sẽ là tiền đề
cho việc tích hợp các hệ phát điện phân tán với nguồn điện truyền
thống để hình thành lưới điện mới - lưới điện thông minh. Trong quá
trình thực hiện nhiệm vụ, luận án đã tập trung giải quyết một số vấn
đề về lý thuyết và thực nghiệm như sau. Về lý thuyết, đưa ra giải
pháp điều chế vector không gian (ĐCVTKG) và mô hình toán học

NLNZ. Nghiên cứu, sử dụng các phương pháp điều khiển phi tuyến,
vận dụng cho mạch vòng phía một chiều tương ứng với các ứng dụng
NLNZ. Từ đó, thiết kế cấu trúc điều khiển NLNZ cho hệ phát điện
phân tán điển hình: pin mặt trời, hệ phát điện sức gió. Về thực
nghiệm, luận án xây dựng cấu trúc mô phỏng thời gian thực trên
thiết bị kỹ thuật cụ thể Card ds1103 - DSP TMS320F2812 và mô
hình thực nghiệm NLNZ trong phòng thí nghiệm, để kiểm chứng cấu
trúc điều khiển đưa ra. Bản luận án có bố cục như sau:
1. Tổng quan
2. Giải pháp ĐCVTKG và mô hình toán học nghịch lưu ba pha
nguồn Z.
3. Thiết kế cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn Z cho pin mặt trời.
4. Thiết kế cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn Z cho hệ phát điện
sức gió.
5. Mô phỏng thời gian thực và thí nghiệm cấu trúc điều khiển nghịch
lưu nguồn Z.


2
Cuối cùng là, kết luận và kiến nghị.
1. TỔNG QUAN
1.1. Hệ phát điện phân tán tham gia trong mạng điện

Hình 1.1. Hệ phát điện phân tán tham gia trong mạng điện

1.2. Vai trò thiết bị biến đổi điện tử công suất cho hệ phát điện
phân tán
1.3. Giới thiệu nghịch lưu nguồn Z
Nhóm thiết bị biến đổi nguồn Z có mạch trở kháng đặt giữa nguồn sơ
cấp và mạch van bán dẫn [9]. Mạch trở kháng là các phần tử thụ

động như cuộn cảm (L1&L2), tụ điện (C1&C2) có giá trị bằng nhau và
nối theo hình chữ Z được
chỉ ra trên Hình 1.5.
Trong luận án đi sâu khai
thác thiết bị biến đổi NLNZ
có sơ đồ mạch lực thuộc
nhóm thiết bị biến đổi
nguồn Z thực hiện kiểu
biến đổi DC - AC trên Hình
1.6. NLNZ làm việc cả hai
chế độ tăng – giảm áp vốn
chỉ được thực hiện trên
NLNA hoặc NLND. Nguyên lý làm việc NLNZ xuất hiện trạng thái
“ngắn mạch” nhánh van mạch nghịch lưu (trạng thái “shoot
through”) - đây là trạng thái cấm trong NLNA. Trạng thái ngắn mạch
nhánh van nghịch lưu được điều khiển, cho phép tạo điện áp đầu ra

23
5.7. Kết luận
Xây dựng hệ thống mô phỏng thời gian thực cho cấu trúc điều khiển
NLNZ nối lưới cho hệ phát điện phân tán dựa trên thiết bị Card
ds1103 và DSP TMS320F2812. Đây là phương pháp nghiên cứu hiện
đại, cho phép đánh giá chính xác khả năng cài đặt các thuật toán điều
khiển trên thiết bị kỹ thuật cụ thể như DSP TMS320F2812. Ngoài ra,
còn cho phép ta có thể mô hình hóa đối tượng điều khiển là thiết bị
biến đổi điện tử công suất, hệ phát điện phân tán và lưới điện trên
Card ds1103 (với điều kiện thực tế rất khó xây dựng được). Với cấu
trúc điều khiển được xây dựng theo phương pháp mô phỏng thời gian
thực, có thể dễ dàng tạo ra tình huống thí nghiệm khác nhau cho hệ
thống, mà thực tế không thể thực hiện được và rút ngắn được rất

nhiều thời gian để triển khai cấu trúc điều khiển trong thực tế.
Nội dung mục này cũng kiểm chứng khả năng làm việc NLNZ với
một cấu hình mạch lực cụ thể và thuật toán điều khiển được cài đặt
vào DSP TMS320F2812. Trong cả hai trường hợp khảo sát, khả năng
làm việc NLNZ độc lập (stand alone) và nối lưới (grid connected)
cho thấy điện áp trên tụ (C1&C2) nguồn Z tăng và giữ ổn định theo
giá trị đặt, khi điện áp sơ cấp đặt vào NLNZ không đủ lớn, để đảm
bảo yêu cầu nối lưới và cung cấp điện áp ra tải có biên độ ổn định
theo giá trị đặt.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau khi phân tích vai trò của thiết bị biến đổi công suất sử dụng cho
hệ phát điện phân tán và tình hình nghiên cứu về NLNZ cho đến thời
điểm hiện nay. Luận án đã có những đóng góp chính như sau, cũng
như chỉ ra hướng phát triển tiếp theo của đề tài.
Những đóng góp chính luận án:
• Đưa ra giải pháp điều chế vector không gian cho NLNZ phù hợp
khi cài đặt trong thực tiễn, với các công thức tính toán đơn giản hơn,
thuần đại số. Phân tích các đặc điểm mẫu xung tương ứng với từng
trạng thái làm việc NLNZ và đưa ra chỉ dẫn nên sử dụng mẫu xung
nào cho một ứng dụng của NLNZ cụ thể.
• Mô hình hóa NLNZ khi đầu vào nối với nguồn dòng. Sử dụng
các phương pháp điều khiển phi tuyến để thiết kế bộ điều chỉnh cho
mạch vòng đảm bảo điện áp đầu vào mạng trở kháng nguồn Z bám
theo lượng đặt. Bộ điều chỉnh điện áp được thiết kế theo hai phương
pháp, thứ nhất là backstepping thích nghi tham số bất định với giá trị


2
Cuối cùng là, kết luận và kiến nghị.
1. TỔNG QUAN

1.1. Hệ phát điện phân tán tham gia trong mạng điện

Hình 1.1. Hệ phát điện phân tán tham gia trong mạng điện

1.2. Vai trò thiết bị biến đổi điện tử công suất cho hệ phát điện
phân tán
1.3. Giới thiệu nghịch lưu nguồn Z
Nhóm thiết bị biến đổi nguồn Z có mạch trở kháng đặt giữa nguồn sơ
cấp và mạch van bán dẫn [9]. Mạch trở kháng là các phần tử thụ
động như cuộn cảm (L1&L2), tụ điện (C1&C2) có giá trị bằng nhau và
nối theo hình chữ Z được
chỉ ra trên Hình 1.5.
Trong luận án đi sâu khai
thác thiết bị biến đổi NLNZ
có sơ đồ mạch lực thuộc
nhóm thiết bị biến đổi
nguồn Z thực hiện kiểu
biến đổi DC - AC trên Hình
1.6. NLNZ làm việc cả hai
chế độ tăng – giảm áp vốn
chỉ được thực hiện trên
NLNA hoặc NLND. Nguyên lý làm việc NLNZ xuất hiện trạng thái
“ngắn mạch” nhánh van mạch nghịch lưu (trạng thái “shoot
through”) - đây là trạng thái cấm trong NLNA. Trạng thái ngắn mạch
nhánh van nghịch lưu được điều khiển, cho phép tạo điện áp đầu ra

23
5.7. Kết luận
Xây dựng hệ thống mô phỏng thời gian thực cho cấu trúc điều khiển
NLNZ nối lưới cho hệ phát điện phân tán dựa trên thiết bị Card

ds1103 và DSP TMS320F2812. Đây là phương pháp nghiên cứu hiện
đại, cho phép đánh giá chính xác khả năng cài đặt các thuật toán điều
khiển trên thiết bị kỹ thuật cụ thể như DSP TMS320F2812. Ngoài ra,
còn cho phép ta có thể mô hình hóa đối tượng điều khiển là thiết bị
biến đổi điện tử công suất, hệ phát điện phân tán và lưới điện trên
Card ds1103 (với điều kiện thực tế rất khó xây dựng được). Với cấu
trúc điều khiển được xây dựng theo phương pháp mô phỏng thời gian
thực, có thể dễ dàng tạo ra tình huống thí nghiệm khác nhau cho hệ
thống, mà thực tế không thể thực hiện được và rút ngắn được rất
nhiều thời gian để triển khai cấu trúc điều khiển trong thực tế.
Nội dung mục này cũng kiểm chứng khả năng làm việc NLNZ với
một cấu hình mạch lực cụ thể và thuật toán điều khiển được cài đặt
vào DSP TMS320F2812. Trong cả hai trường hợp khảo sát, khả năng
làm việc NLNZ độc lập (stand alone) và nối lưới (grid connected)
cho thấy điện áp trên tụ (C1&C2) nguồn Z tăng và giữ ổn định theo
giá trị đặt, khi điện áp sơ cấp đặt vào NLNZ không đủ lớn, để đảm
bảo yêu cầu nối lưới và cung cấp điện áp ra tải có biên độ ổn định
theo giá trị đặt.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau khi phân tích vai trò của thiết bị biến đổi công suất sử dụng cho
hệ phát điện phân tán và tình hình nghiên cứu về NLNZ cho đến thời
điểm hiện nay. Luận án đã có những đóng góp chính như sau, cũng
như chỉ ra hướng phát triển tiếp theo của đề tài.
Những đóng góp chính luận án:
• Đưa ra giải pháp điều chế vector không gian cho NLNZ phù hợp
khi cài đặt trong thực tiễn, với các công thức tính toán đơn giản hơn,
thuần đại số. Phân tích các đặc điểm mẫu xung tương ứng với từng
trạng thái làm việc NLNZ và đưa ra chỉ dẫn nên sử dụng mẫu xung
nào cho một ứng dụng của NLNZ cụ thể.
• Mô hình hóa NLNZ khi đầu vào nối với nguồn dòng. Sử dụng

các phương pháp điều khiển phi tuyến để thiết kế bộ điều chỉnh cho
mạch vòng đảm bảo điện áp đầu vào mạng trở kháng nguồn Z bám
theo lượng đặt. Bộ điều chỉnh điện áp được thiết kế theo hai phương
pháp, thứ nhất là backstepping thích nghi tham số bất định với giá trị


2
Cuối cùng là, kết luận và kiến nghị.
1. TỔNG QUAN
1.1. Hệ phát điện phân tán tham gia trong mạng điện

Hình 1.1. Hệ phát điện phân tán tham gia trong mạng điện

1.2. Vai trò thiết bị biến đổi điện tử công suất cho hệ phát điện
phân tán
1.3. Giới thiệu nghịch lưu nguồn Z
Nhóm thiết bị biến đổi nguồn Z có mạch trở kháng đặt giữa nguồn sơ
cấp và mạch van bán dẫn [9]. Mạch trở kháng là các phần tử thụ
động như cuộn cảm (L1&L2), tụ điện (C1&C2) có giá trị bằng nhau và
nối theo hình chữ Z được
chỉ ra trên Hình 1.5.
Trong luận án đi sâu khai
thác thiết bị biến đổi NLNZ
có sơ đồ mạch lực thuộc
nhóm thiết bị biến đổi
nguồn Z thực hiện kiểu
biến đổi DC - AC trên Hình
1.6. NLNZ làm việc cả hai
chế độ tăng – giảm áp vốn
chỉ được thực hiện trên

NLNA hoặc NLND. Nguyên lý làm việc NLNZ xuất hiện trạng thái
“ngắn mạch” nhánh van mạch nghịch lưu (trạng thái “shoot
through”) - đây là trạng thái cấm trong NLNA. Trạng thái ngắn mạch
nhánh van nghịch lưu được điều khiển, cho phép tạo điện áp đầu ra

23
5.7. Kết luận
Xây dựng hệ thống mô phỏng thời gian thực cho cấu trúc điều khiển
NLNZ nối lưới cho hệ phát điện phân tán dựa trên thiết bị Card
ds1103 và DSP TMS320F2812. Đây là phương pháp nghiên cứu hiện
đại, cho phép đánh giá chính xác khả năng cài đặt các thuật toán điều
khiển trên thiết bị kỹ thuật cụ thể như DSP TMS320F2812. Ngoài ra,
còn cho phép ta có thể mô hình hóa đối tượng điều khiển là thiết bị
biến đổi điện tử công suất, hệ phát điện phân tán và lưới điện trên
Card ds1103 (với điều kiện thực tế rất khó xây dựng được). Với cấu
trúc điều khiển được xây dựng theo phương pháp mô phỏng thời gian
thực, có thể dễ dàng tạo ra tình huống thí nghiệm khác nhau cho hệ
thống, mà thực tế không thể thực hiện được và rút ngắn được rất
nhiều thời gian để triển khai cấu trúc điều khiển trong thực tế.
Nội dung mục này cũng kiểm chứng khả năng làm việc NLNZ với
một cấu hình mạch lực cụ thể và thuật toán điều khiển được cài đặt
vào DSP TMS320F2812. Trong cả hai trường hợp khảo sát, khả năng
làm việc NLNZ độc lập (stand alone) và nối lưới (grid connected)
cho thấy điện áp trên tụ (C1&C2) nguồn Z tăng và giữ ổn định theo
giá trị đặt, khi điện áp sơ cấp đặt vào NLNZ không đủ lớn, để đảm
bảo yêu cầu nối lưới và cung cấp điện áp ra tải có biên độ ổn định
theo giá trị đặt.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau khi phân tích vai trò của thiết bị biến đổi công suất sử dụng cho
hệ phát điện phân tán và tình hình nghiên cứu về NLNZ cho đến thời

điểm hiện nay. Luận án đã có những đóng góp chính như sau, cũng
như chỉ ra hướng phát triển tiếp theo của đề tài.
Những đóng góp chính luận án:
• Đưa ra giải pháp điều chế vector không gian cho NLNZ phù hợp
khi cài đặt trong thực tiễn, với các công thức tính toán đơn giản hơn,
thuần đại số. Phân tích các đặc điểm mẫu xung tương ứng với từng
trạng thái làm việc NLNZ và đưa ra chỉ dẫn nên sử dụng mẫu xung
nào cho một ứng dụng của NLNZ cụ thể.
• Mô hình hóa NLNZ khi đầu vào nối với nguồn dòng. Sử dụng
các phương pháp điều khiển phi tuyến để thiết kế bộ điều chỉnh cho
mạch vòng đảm bảo điện áp đầu vào mạng trở kháng nguồn Z bám
theo lượng đặt. Bộ điều chỉnh điện áp được thiết kế theo hai phương
pháp, thứ nhất là backstepping thích nghi tham số bất định với giá trị


2
Cuối cùng là, kết luận và kiến nghị.
1. TỔNG QUAN
1.1. Hệ phát điện phân tán tham gia trong mạng điện

Hình 1.1. Hệ phát điện phân tán tham gia trong mạng điện

1.2. Vai trò thiết bị biến đổi điện tử công suất cho hệ phát điện
phân tán
1.3. Giới thiệu nghịch lưu nguồn Z
Nhóm thiết bị biến đổi nguồn Z có mạch trở kháng đặt giữa nguồn sơ
cấp và mạch van bán dẫn [9]. Mạch trở kháng là các phần tử thụ
động như cuộn cảm (L1&L2), tụ điện (C1&C2) có giá trị bằng nhau và
nối theo hình chữ Z được
chỉ ra trên Hình 1.5.

Trong luận án đi sâu khai
thác thiết bị biến đổi NLNZ
có sơ đồ mạch lực thuộc
nhóm thiết bị biến đổi
nguồn Z thực hiện kiểu
biến đổi DC - AC trên Hình
1.6. NLNZ làm việc cả hai
chế độ tăng – giảm áp vốn
chỉ được thực hiện trên
NLNA hoặc NLND. Nguyên lý làm việc NLNZ xuất hiện trạng thái
“ngắn mạch” nhánh van mạch nghịch lưu (trạng thái “shoot
through”) - đây là trạng thái cấm trong NLNA. Trạng thái ngắn mạch
nhánh van nghịch lưu được điều khiển, cho phép tạo điện áp đầu ra

23
5.7. Kết luận
Xây dựng hệ thống mô phỏng thời gian thực cho cấu trúc điều khiển
NLNZ nối lưới cho hệ phát điện phân tán dựa trên thiết bị Card
ds1103 và DSP TMS320F2812. Đây là phương pháp nghiên cứu hiện
đại, cho phép đánh giá chính xác khả năng cài đặt các thuật toán điều
khiển trên thiết bị kỹ thuật cụ thể như DSP TMS320F2812. Ngoài ra,
còn cho phép ta có thể mô hình hóa đối tượng điều khiển là thiết bị
biến đổi điện tử công suất, hệ phát điện phân tán và lưới điện trên
Card ds1103 (với điều kiện thực tế rất khó xây dựng được). Với cấu
trúc điều khiển được xây dựng theo phương pháp mô phỏng thời gian
thực, có thể dễ dàng tạo ra tình huống thí nghiệm khác nhau cho hệ
thống, mà thực tế không thể thực hiện được và rút ngắn được rất
nhiều thời gian để triển khai cấu trúc điều khiển trong thực tế.
Nội dung mục này cũng kiểm chứng khả năng làm việc NLNZ với
một cấu hình mạch lực cụ thể và thuật toán điều khiển được cài đặt

vào DSP TMS320F2812. Trong cả hai trường hợp khảo sát, khả năng
làm việc NLNZ độc lập (stand alone) và nối lưới (grid connected)
cho thấy điện áp trên tụ (C1&C2) nguồn Z tăng và giữ ổn định theo
giá trị đặt, khi điện áp sơ cấp đặt vào NLNZ không đủ lớn, để đảm
bảo yêu cầu nối lưới và cung cấp điện áp ra tải có biên độ ổn định
theo giá trị đặt.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau khi phân tích vai trò của thiết bị biến đổi công suất sử dụng cho
hệ phát điện phân tán và tình hình nghiên cứu về NLNZ cho đến thời
điểm hiện nay. Luận án đã có những đóng góp chính như sau, cũng
như chỉ ra hướng phát triển tiếp theo của đề tài.
Những đóng góp chính luận án:
• Đưa ra giải pháp điều chế vector không gian cho NLNZ phù hợp
khi cài đặt trong thực tiễn, với các công thức tính toán đơn giản hơn,
thuần đại số. Phân tích các đặc điểm mẫu xung tương ứng với từng
trạng thái làm việc NLNZ và đưa ra chỉ dẫn nên sử dụng mẫu xung
nào cho một ứng dụng của NLNZ cụ thể.
• Mô hình hóa NLNZ khi đầu vào nối với nguồn dòng. Sử dụng
các phương pháp điều khiển phi tuyến để thiết kế bộ điều chỉnh cho
mạch vòng đảm bảo điện áp đầu vào mạng trở kháng nguồn Z bám
theo lượng đặt. Bộ điều chỉnh điện áp được thiết kế theo hai phương
pháp, thứ nhất là backstepping thích nghi tham số bất định với giá trị


6

19

phương pháp điều khiển tuyến tính để thiết kế các bộ điều chỉnh làm
việc trong chế độ điện áp (direct mode) hoặc chế độ dòng điện

(indirect mode) [22, 23, 24]. Tuy nhiên, mô hình (2.35) có tính phi
tuyến, thể hiện phép nhân giữa hệ số điều chế “ngắn mạch” d và biến
trạng thái, nên một giải pháp điều khiển phi tuyến đưa ra là phù hợp
hơn phương pháp điều khiển tuyến tính, với hy vọng nâng cao chất
lượng điều khiển.
2.2.3. Mô hình nghịch lưu nguồn Z phía một chiều với đầu vào nguồn
áp
Với cách xây dựng tương tự như mục 2.2.2, thu được hệ phương
trình vi phân mô tả mạch điện tương đương phía một chiều NLNZ
với đầu vào nguồn áp theo (2.40)
 diL
 L dt = ( 2d − 1) uC + (1 − d ) udc

C duC = (1 − 2d ) i + ( d − 1) uc
L
 dt
R

(2.40)

2.2.4. Điểm cân bằng trong mô hình phía một chiều nghịch lưu
nguồn Z
Điểm cân bằng mô hình được xác định bằng cách cho thành phần đạo
hàm trong (2.35), (2.40) bằng không. Đối với hệ (2.40), điểm cân
bằng được chỉ ra theo (2.43).

U


I inv = C



R




1
− D  U C U C2 1

I L = 
=



1− 2 D  R
U in R



Trong đó:


dsp


a41
(k ) =







dsp


a42
(k ) =






dsp

a43
(k ) =







dsp

a44
(k ) =






LI dc _ max ( k1 + k2 )
U c _ max
LI dc _ max ( k1 + k2 )
U c _ max

iLdsp (k )
dsp
i pv
(k )

LC pv (k1 + k2 )U pv _ max  * dsp

* dsp
(u pv ) (k ) − (u pv ) (k −1)
Td U c _ max



(5.6)

LC pv (k1 + k2 ) k1U pv _ max  dsp
dsp

*
u pv ( k ) − (u pv ) ( k )

U c _ max



Được thực hiện hoàn toàn tương tự cho thuật ở cấu trúc điều khiển
NLNZ. Các thuật toán điều khiển NLNZ cho hệ phát điện phân tán
được viết theo từng module (gồm file *.h – khai báo biến, *.c – thực
hiện thuật toán) cho DSP TMS320F2812 .
5.4. Kết quả mô phỏng thời gian thực NLNZ nối lưới cho pin mặt
trời

(2.43)
a. Điện áp một trên tụ (C1&C2)

b. Điện áp đầu ra PV

2.4. Đặc điểm động học không của mô hình nghịch lưu nguồn Z
phía một chiều với đầu vào nguồn áp
2.4.1. Khảo sát với đầu ra dòng điện trung bình chảy qua cuộn cảm
(L1&L2)

xɺ1 = x2




 Lx2 − udc (1− d )

dɺ
2 x




xɺ 2 = (d −1) 
− (2d −1) 1 −
(udc − 2 Lx2 )


RLC
LC L (2d −1)



(2.50)

Các điểm cân bằng (2.53) trên Hình 2.11 cho thấy d2 là điểm cân
bằng ổn định trong vùng làm việc NLNZ. Do đó, hệ (2.40) là hệ pha

c. Dòng điện đầu ra PV
c. Dòng điện qua (L1&L2)
Hình 5.2. Kết quả mô phỏng thời gian thực khi mật độ ánh sáng thay đổi

5.6. Kết quả mô phỏng thời gian thực NLNZ nối lưới cho sức gió


18

7

nghiệm được xây dựng để kiểm chứng khả năng làm việc trong hai

trường hợp: độc lập (stand alone) và nối lưới (grid connected).
5.1. Cấu trúc hệ thống mô phỏng thời gian thực
Cấu hình mô phỏng thời gian thực dựa trên Card ds1103 mô hình
hóa nguồn phát phân tán, bộ biến đổi công suất, tải và thuật toán điều
khiển cài đặt trên DSP TMS320F2812 được chỉ ra trên Hình 5.1 [60].

cực tiểu (minimum phase) đối với đầu ra là dòng điện trung bình qua
cuộn cảm (L1&L2) - iL.
2.4.2. Khảo sát với đầu ra điện áp trung bình trên tụ (C1&C2)

Hình 5.1. Cấu trúc hệ thống mô phỏng thời gian thực (nguồn: [60])

Các thuật toán điều khiển được xây dựng trong (mục 3), (mục 4) sẽ
chưa thể cài đặt hay viết chương trình do biến còn chứa thứ nguyên
vật lý. Để có thể cài đặt thuật toán vào DSP, cần thiết phải chuẩn hóa
thuật toán. nhiệm vụ chuẩn hóa, chuyển các biến sang dạng không có
thứ nguyên mà không làm sai ý nghĩa vật lý ban đầu của chúng tạo
điêu kiện cho công tác lập trình. Ngoài ra, DSP sử dụng là loại dấu
phẩy tĩnh, nên từ tham số thu được sau khi chuẩn hóa sẽ xác định
được cần thiết phải trượt vị trí dấu phảy bao nhiêu để đảm bảo độ
chính xác thuật toán, với dòng TMS320F2812 việc trượt dấu phảy sẽ
được thực hiện dựa trên thư viện toán học Iqmath() [42, 64].
5.2. Chuẩn hóa thuật toán điều khiển nghịch lưu nguồn Z nối
lưới cho pin mặt trời
a) Phương pháp backstepping
Hàm điều chế “ngắn mạch” d trong (3.28) cài đặt vào DSP viết lại
như:
 U pv max
a1dsp ( k ) − a2dsp ( k ) + a3dsp ( k ) − a4dsp ( k ) + ucdsp ( k ) − 
 U c max

d dsp ( k ) =
 U pv max  dsp
2ucdsp − 
 u pv
 U c max 

 dsp
 u pv ( k )


(5.7)

 xɺ1 = x2




(2.57)
udc
dɺ
2 x1


ɺ
=
−
+
−
−
+

x
2
d
1
2
d
1
1
d
(
)
(
)(
)
(2 RCx2 + x1 )
2


LC
LC RC ( 2d −1)



Các điểm cân bằng (2.60) trên Hình 2.12 cho thấy không tồn tại điểm
cân bằng ổn định trong vùng làm việc NLNZ. Do đó, hệ (2.40) là hệ
pha không cực tiểu (non - minimum phase) đối với đầu ra là điện áp
trung bình trên tụ (C1&C2) - uC. Vì vậy, điện áp trên tụ (C1&C2) sẽ
được điều khiển gián tiếp thông qua điều khiển dòng qua cuộn cảm
(L1&L2).
2.5. Kết luận

Nội dung mục này đã đưa ra một giải pháp điều chế vector không
gian với các bước thực hiện thuật toán chi tiết, thuận lợi cài đặt vào
vi điều khiển và đề nghị mẫu xung cụ thể cho ứng dụng NLNZ. Mô
hình hóa NLNZ tương ứng với hai dạng nguồn áp, nguồn dòng - đây
là các dạng nguồn sơ cấp phổ biến sử dụng trong các ứng dụng
NLNZ và phân tích đặc điểm động học không của mô hình NLNZ
với đầu vào sơ cấp dạng nguồn áp. Trên cơ sở đó cũng gợi ý một cấu
trúc điều khiển NLNZ, gồm mạch vòng phía xoay chiều và mạch
vòng phía một chiều. Trong đó, mạch vòng phía một chiều của NLNZ
tương ứng nguồn sơ cấp dạng nguồn áp, điện áp trên tụ (C1&C2) sẽ
được gián tiếp điều khiển thông qua dòng điện qua cuộn cảm
(L1&L2).
3. THIẾT KẾ TỔ HỢP ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN
Z CHO PIN MẶT TRỜI
Trên cơ sở mô hình toán học và điều chế vector không gian cho
nghịch lưu nguồn Z đã được xây dựng mục 2. Nội dung mục này
thiết kế cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn Z nối lưới ứng dụng
cho pin mặt trời, đảm bảo yêu cầu nối lưới, xác định được công suất
lớn nhất trao đổi giữa pin mặt trời và lưới, trong các điều kiện làm
việc khác nhau pin mặt trời. Trong đó, mạch vòng phía một chiều
được thiết kế theo phương pháp tuyến tính hóa chính xác và phương
pháp backstepping kể cả khi không biết chính xác tham số mạch điện
trở kháng nguồn Z.


8

17

3.3.2). Mạch vòng điều chỉnh phía một chiều, với lượng đặt là điện

áp tính từ khối MPPT, đầu ra bộ điều chỉnh là hệ số điều chế “ngắn
mạch’’ để đảm bảo xác định và duy trì công suất lớn nhất trên đường
đặc tính công suất - điện áp (đặc tính p-v) của hệ pin mặt trời (xem
mục 3.3.3) - thực chất điều khiển quá trình trao đổi công suất giữa
PV với lưới điện, thông qua điện áp đầu ra pin mặt trời upv.
i pv

i pv

u pv

D

Cdc

iL
L1
C2
S5

u sα

S3

αβ

S1

u sq

dq

S2

sin ϕ

u sd

S6

sin ϕ

isq*

*

S4

isd*

uC*

uC

u *pv

Nguồn Z

C1

L2

u pv
i pv

u sβ

isd

dq
abc
Lf

isq

LCL filter

Cf
Rf

θ

Lt

end
en

enq

Hình 3.6. Tổ hợp điều khiển NLNZ nối lưới cho hệ pin mặt trời

0.5

20

600
15

0.45

400
10

200

0.4

0

0.35

0
-5

d

U t (V )

5
it (A )

3.1. Điện tử công suất ứng dụng cho hệ phát điện pin mặt trời
3.2. Mô hình toán học pin mặt trời
3.3. Thiết kế tổ hợp điều khiển nghịch lưu nguồn Z nối lưới cho
pin mặt trời
Cấu trúc điều khiển NLNZ nối lưới cho pin mặt trời chỉ ra trên Hình
3.6 . Trong đó, mạch vòng điều chỉnh phía xoay chiều với lượng đặt
là điện áp một chiều trên tụ (C1&C2) bằng hằng số, đảm bảo đủ điện
áp một chiều cho khâu ĐCVTKG thỏa mãn các yêu cầu nối lưới và
có khả năng điều chỉnh được cả HSCS thông qua điều chỉnh thành
phần dòng điện isq trên hệ tọa độ tựa điện áp lưới VOC (xem mục

-200
0.3

-10

-400
0.25

-15

-600
-20
0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

t(s)

d. Dòng điện tải ba pha

0.5

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3
t(s)

0.35

0.4

0.45

0.5

0.2
0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

t(s)

0.5

e. Điện áp tải ba pha
f. hệ số điều chế “ngắn
(sau lọc LC)
mạch’’
Hình 4.11 Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển NLNZ độc lập cho\
hệ phát điện sức gió sử dụng máy phát PMSG

4.5. Kết luận
Trong mục này đã thiết kế được tổ hợp điều khiển NLNZ cho hệ phát
điện sức gió sử dụng máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Mạch
vòng phía xoay chiều với bộ điều chỉnh dòng điện kiểu Deadbeat kế
thừa từ NLNA và thuật toán xác định điểm làm việc có công suất lớn
nhất để đảm bảo công suất đưa lên lưới là lớn nhất, tương ứng với
các tốc độ gió khác nhau hoặc điện áp đưa ra trên tải ổn định theo giá
trị đặt. Mạch vòng phía một chiều được thiết kế theo phương pháp
backstepping thích nghi, đảm bảo cho điện áp trên tụ (C1&C2) bám
theo giá trị đặt ngay cả khi không xác định được chính xác tham số
tải trong mô hình mạch điện tương đương phía một chiều NLNZ.
5. MÔ PHỎNG THỜI GIAN THỰC VÀ THÍ NGHIỆM CẤU
TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NGUỒN Z
Trong thực tế để xây dựng các hệ thống thí nghiệm hệ phát điện phân
tán: sức gió, pin năng lượng ... gặp nhiều khó khăn về kỹ thuật, kinh
phí thực hiện và thậm chí có xây dựng được cũng rất khó thu thập
được đầy đủ các kết quả thí nghiệm trong các điều kiện làm việc
khác nhau. Trong khi đó, đối với người thiết kế hệ thống điều khiển,
cần thiết tạo ra các tình huống giả định khác nhau để kiểm chứng đáp
ứng động học hệ thống, cũng như chứng minh khả năng cài đặt thuật
toán vào thiết bị điều khiển. Để khắc phục vấn đề này, nội dung mục

này trình phương pháp mô phỏng thời gian thực (online) để giải
quyết mô hình hóa nguồn phát phân tán, thiết bị biến đổi công suất,
tải trên Card ds1103 và cài đặt thuật toán điều khiển vào DSP
TMS320F2812 của hãng Texas Instruments dưới dạng firmware.
Ngoài ra, mô hình thực nghiệm nghịch lưu nguồn Z trong phòng thí


16

9
3.3.1. Xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất của pin mặt trời
3.3.2. Mạch vòng dòng điện phía xoay chiều NLNZ
Thuật điều chỉnh dòng điện được thực hiện với vector điện áp đầu ra
mạch NLNZ us xác định như sau [42]:

4.4. Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển nghịch lưu nguồn Z
cho hệ phát điện sức gió
4.4.3. Kết quả mô phỏng trường hợp nối lưới (grid connected)
14

12

800

60

700

50

600

40





usd ( k + 1) =








usq ( k + 1) =






wt(rad/s)

8

v(m/s)

6

20
Udc(V)

300

0.5

0.6

0.7

0.8

30

400

4

2
0.4

Uc(V)

500

iL (A )

U c (V ), U d c (V )

v (m /s ), wt (ra d / s )

10

0.9
t(s)

1

1.1

1.2

1.3

200
0.4

1.4

a.Tốc độ gió và tốc độ
turbine

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9
t(s)

1

1.1

10

1.2

1.3

0
0.4

1.4

b. Điện áp trên tụ
(C1&C2), điện áp sơ cấp

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9
t(s)

1

1.1

1.2

1.3

1.4

c. Dòng điện qua cuộn cảm
(L1&L2)
0.5

50
14000

40

0.45
30

12000

20

0.4

10

8000
P(W)

0

d

iS (A )

P *(W ), P (W)

10000

0.35

-10

P*(W)
6000

0.3

-20
-30

4000

0.25
-40

2000
0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9
t(s)

1

1.1

1.2

1.3

-50
0.4

1.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9
t(s)

1

1.1

1.2

1.3

0.2
0.4

1.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9
t(s)

1

1.1

1.2

1.3

1.4

d. Công suất đặt (P*) và
e. Dòng điện iS
f. Hệ số điều chế ‘‘ngắn
công suất trao đổi với
mạch’’ d
lưới
Hình 4.10 Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển NLNZ nối lưới cho
hệ phát điện sức gió sử dụng máy phát PMSG

4.4.4. Kết quả mô phỏng trường hợp nối lưới (grid connected)
700

1000

50

900

45

800

40

600

700

iL (A )

20
300
Udc(V)

15

200

200

10

100

100
0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

t(s)

a. Điện áp trên tụ
(C1&C2), điện áp sơ cấp

0.5

0
0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

t(s)

b. Điện áp đặt vào nhánh
van mạch nghịch lưu

0.5

5
0.05

(3.11)
3.3.3. Mạch vòng phía một chiều nghịch lưu nguồn Z
Do nhiệm vụ của mạch vòng phía một chiều là điều khiển điện áp sơ
cấp đặt vào NLNZ bám theo điện áp u *pv - được tính từ thuật toán
MPPT, nên ta sẽ sử dụng hai phương trình trong hệ phương trình

(3.12) để thiết kế bộ điều chỉnh cho mạch vòng phía một chiều
NLNZ như sau:

di


L L = ( 2d −1) uC + (1− d ) u pv


dt



du pv


C pv
= i pv − iL

dt



(3.13)

T

 Lxɺ1 = ( 2d − 1) uC + (1 − d ) x2

C pv xɺ2 = i pv − x1

25

400
300


 TR 
*
 yd ( k ) = igd
( k ) - igd ( k ) - 1- c f  igd* ( k ) - igd ( k ) -ωsTc igq* ( k ) - igq ( k ) + yd ( k -2)

 Lf 

 Tc RT  *

*
*
 yq ( k ) = igq ( k ) - igq ( k ) - 1- L  igq ( k ) - igq ( k )  + ωsTc igd ( k ) - igd ( k )  + yq ( k -2)

T



T

30
500

Trong đó, đầu ra y được tính như dưới đây:

Đặt biến trạng thái xT = [ x1 x2 ] = iL u pv  cho hệ phương trình (3.13)

600
400

(3.10)

3.3.3.1. Thiết kế theo phương pháp Backstepping

35

Uc(V)
U in v (V )

U c & U d c (V )

500


L f 
Tc

y
k
+
e
(
k
+

1)
(
)
d
Nvd

Tc 
Lf



Lf 
T
yq ( k ) + c eNvq (k + 1)

Tc 
Lf


0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

t(s)

c. Dòng điện qua cuộn cảm
(L1&L2)

Từ (3.23), (2.27) hệ số điều chế “ngắn mạch” d được xác định:

(3.14)


10

15



 iɺpv

− uɺɺ*pv  + LC pv (1 − k12 ) z1 − LC pv ( k1 + k2 ) z2 + uC − x2 
 LC pv 


 C pv


 (3.28)
d=
( 2uC − x2 )

3.3.3.2. Thiết kế theo phương pháp Backstepping thích nghi
Do sai số trong quá trình chế tạo cuộn cảm (L1&L2), sai số của tụ
điện Cpv hoặc giá trị cuộn cảm và tụ điện bị thay đổi trong quá trình
hoạt động của bộ biến đổi. Khi đó, mô hình toán học được mô tả theo
(3.14) được coi là hệ có tham số bất định (Uncertainty
equivalence).Vì vậy, ta không có được thông tin chính xác về tham
số LCpv như thiết kế ban đầu để đưa vào luật điều khiển (3.28).
Đặt θ L =

1
1
và θC =
hệ (3.14) được viết lại dưới dạng:
L
C pv
 xɺ1 = θ L ( 2d − 1) uC + (1 − d ) x2 

 xɺ2 = θC ( i pv − x1 )

(3.33)

dɺ =

(3.47)

Hệ số điều chế “ngắn mạch” d được tính theo (3.49)
( k1zɺ1 − uɺɺ*pv )θˆC − γ C z1 (ipv − x1 ) ( k1z1 − uɺ*pv ) + iɺ − k z +θˆ z −θˆ x − u
pv
2 2
C 1
L( 2
C)
θˆC2
(3.49)
d=
θˆL ( 2uC − x2 )
3.3.3.3. Thiết kế theo phương pháp tuyến tính hóa chính xác
Hệ số k1, k2 của luật điều khiển được xác định sao cho đầu ra y và
lượng đặt y theo khâu dao động bậc hai.
ω = −2ξωn yɺ − ωn2 ( y − y ) = −k2 z2 − k1 ( z1 − u *pv )
(3.61)

 i pv − x1  
x2 − u C
L
−
 k1 ( x2 − u *pv ) + k2 
 
 C
x2 − 2uC x2 − 2uC 
pv

 









RLC

(udc − 2 Lx2 )

(4.21)
4.3.2. Tải mạch điện tương đương bất định
Trong trường hợp tải phía xoay chiều của NLNZ không biết trước,
việc xác định tham số tải để đưa vào luật điều khiển (4.21) gặp nhiều
khó khăn. Để giải quyết vấn đề này, khi thiết kế bộ điều chỉnh hàm V
sẽ được bổ sung thêm phần sai lệch ước lượng tham số tải và có trình
tự thiết kế giống như trường hợp tải xác định.
Đặt θ R =

1
hệ phương trình (4.5) trở thành hệ có tham số bất định
R

 xɺ1 = x2

(4.26)
 Lx2 − udc (1 − d ) 

dɺ
2 x1

ɺ
=
−
1
−
2
−
1
−
x
d
θ
d
(
)
(
)
( udc − 2Lx2 )
2
R

LC
LC L ( 2d −1)


Từ (4.5) giá trị dòng điện đặt ước lượng qua cuộn cảm iˆ = θɵ R
*
L

(3.62)

3.4. Kết quả mô phỏng tổ hợp điều khiển nghịch lưu nguồn Z nối
lưới cho pin mặt trời

(u )

* 2
C

udc

,

với θɵ R giá trị ước lượng tham số tải.
Luật thích nghi chỉ ra theo (4.42).
ɺ

θˆR = γ R z2

( d − 1)  Lx2 − udc (1 − d )
LC

(4.42)

Và đạo hàm hệ số điều chế “ngắn mạch” dɺ được lựa chọn theo
(4.53).

Từ (3.54), (3.58), (3.61) hệ số điều “ngắn mạch” d được xác định:
d=


LC


ɺɺiL*

+
c
z
−
c
z
2
d
−
1
−
2
d
−
1
(
)(
)
(
)
1
2
1
1




(Uncertainty equivalence).

Luật thích nghi tham số được chỉ ra như sau:
θɺˆ = γ z ( i − x )
C 1
pv
1
 C
ɺ
θˆL = γ L z2 ( 2d − 1) uC + (1 − d ) x2 


4.3.1. Tải mạch điện tương đương xác định
Đạo hàm của hệ số điều chế ‘‘ngắn mạch’’ d được tính theo (4.21).


 Lx2 − udc (1− d )


3 x1


 ( d −1)( 2d −1)


c
z

d
d
z
d
2
−
1
+
2
−
1
−
2
−
1
+
(
)
(
)
(
)

1
L 2 2

dɺ =




Lx2 −udc (1−d) 
3 x
c2z2 ( 2d −1) +( 2d −1) z1 −( 2d −1) 1 +θˆR
( d −1)( 2d −1)
L
LC
LC



ɺɺˆ*
+c1 ( z2 −c1z1 )( 2d −1) −( 2d −1) iL


( udc −2Lx2 )

(4.53)


14

11
3.4.2.1. Kết quả mô phỏng theo phương pháp Backstepping
350

40

800

30

700
20

600

300

udc

iS (A)

Upv (V )

U c (V )

10

500

0

-10

400

250

-20

300

iL

-30

200
0.2

uC

0.25

0.3

0.35
t(s)

0.4

0.45

200
0.2

0.5

a. Điện áp ra PV

0.3

0.35
t(s)

0.4

0.45

-40
0.2

0.5

0.25

b. Điện áp trên tụ C1&C2

60
55

uC*

0.25

0.3

0.35
t(s)

0.4

0.45

0.5

0.45

0.5

e. Dòng điện is

80

400

70

300

60

200

50

100

Ua

Ia (x3)

50

u sq

dq

αβ

uC

Ipv (A)

usα

iL (A)

40

usd

utq*

Ua (V ), Ia (A )

45

isd*

utd*

35
30

u sβ

40

0

30

-100

20

-200

25

isq*

20

-300

10

15

isd
dq
isq
abc

ω

*

∫

10
0.2

0.25

0.3

0.35
t(s)

0.4

0.45

0
0.2

0.5

0.25

0.3

0.35
t(s)

0.4

0.45

-400
0.2

0.5

0.25

0.3

0.35
t(s)

0.4

f. Điện áp và dòng điện
c. Dòng điện ra PV
c. Dòng điện (L1&L2)
Hình 3.14. Kết quả mô phỏng khi mật độ ánh sáng thay đổi

θ
utd
dq
utq
abc

3.4.2.2. Kết quả mô phỏng theo phương pháp TTHCX
800

350

40
30

700

Hình 4.6. Cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn Z hệ phát điện sức gió
làm việc độc lập

)

Trong đó x2 coi là “biến điều khiển ảo’’ của phương trình thứ nhất và
mô tả biến trạng thái trong phương trình thứ hai của hệ phương trình
(4.4). Do đó, tác giả sẽ vận dụng phương pháp backstepping thiết kế
bộ điều chỉnh cho mạch vòng phía một chiều NLNZ với luật điều
khiển được xác định là đạo hàm dɺ . Điện áp trung bình trên tụ
(C1&C2) sẽ được điều khiển gián tiếp bằng dòng điện trung bình
chảy qua cuộn cảm (L1&L2).
Mục tiêu điều khiển cho x1 bám theo dòng điện iL* . Trong đó, yêu cầu
lượng đặt dòng điện i có ràng buộc bị giới hạn, khả vi cấp 2 bằng

bậc của hệ (4.4) và phải là nghiệm của hệ (4.4).
*
L

iS (A )

U c (V )

0

400

(4.4)

-20

300

200
0.2

0.25

0.3

0.35
t(s)

0.4

0.45

0.5

200
0.2

-30

0.25

0.3

0.35
t(s)

0.4

0.45

0.5

-40
0.2

0.25

b. Điện áp trên tụ C1&C2

a. Điện áp ra PV

0.3

0.35
t(s)

0.4

0.45

0.5

e. Dòng điện is

50

60

1

45

55

0.9

50

0.8

45

0.7

40

0.6

35

0.5

30

0.4

25

0.3

20

0.2

40
35
iL (A )

(

500

-10
250

Ip v (A )

 xɺ1 = f1 ( x1 , x2 )

ɺ
 xɺ2 = f 2 x1 , x2 , d , d

10
U p v (V )

Hệ phương trình (2.50) được viết lại theo dạng tổng quát dưới đây:

20

600

300

30
25
20
15
10
0.2

0.1

15

0.25

0.3

0.35
t(s)

0.4

0.45

0.5

10
0.2

0.25

0.3

0.35
t(s)

0.4

0.45

0.5

0
0.2

0.202

0.204

0.206

0.208

0.21
t(s)

0.212

0.214

0.216

0.218

0.22

h. Dạng sóng ĐCVTKG
c. Dòng điện ra PV
c. Dòng điện (L1&L2)

Hình 3.15. Kết quả mô phỏng khi nhiệt độ hay đổi


12

13

3.5. Kết luận
Mục này đã thiết kế được cấu trúc điều khiển NLNZ nối lưới cho pin
mặt trời. Trong đó, mạch vòng phía một chiều được thiết kế theo hai
phương pháp backstepping và phương pháp tuyến tính hóa chính xác
kết hợp bộ điều khiển tuyến tính, đảm bảo điện áp sơ cấp đặt vào
NLNZ cũng chính là điện áp đầu ra pin mặt trời bám theo giá trị tính
toán từ khối MPPT để công suất đưa ra là lớn nhất trong các điều
kiện làm việc của pin mặt trời như: nhiệt độ làm việc và mật độ ánh
sáng thay đổi. Mạch vòng phía xoay chiều với bộ điều chỉnh dòng
điện kiểu deadbeat kế thừa từ NLNA và bộ điều chỉnh điện áp trên tụ
(C1&C2) nguồn Z bám theo giá trị đặt, đảm bảo điều kiện nối lưới của
NLNZ.
Về mặt lý thuyết và kết quả mô phỏng đều cho thấy chất lượng điều
khiển theo phương pháp tuyến tính hóa chính xác tốt hơn phương
pháp backstepping, khi biết chính xác tham số LC để đưa vào luật
điều khiển. Tuy nhiên, phương pháp backstepping có ưu điểm khi áp
dụng cho bài toán thích nghi tham số (mục 3.3.3.2).
4. THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU
NGUỒN Z CHO HỆ PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ
Trên cơ sở mô hình toán học và điều chế vector không gian cho
nghịch lưu nguồn Z đã được xây dựng mục 2. Nội dung mục này
thiết kế cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn Z ứng dụng cho hệ phát
điện sức gió sử dụng máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu, đảm bảo

trao đổi được công suất khi kết nối với lưới hoặc điện áp trên tải ổn
định khi làm việc độc lập, tương ứng với tốc độ gió khác nhau dưới
định mức. Trong đó, mạch vòng phía một chiều được thiết kế theo
phương pháp backstepping để giữ điện áp trên tụ (C1&C2) bằng hằng
số, kể cả trong trường hợp không biết chính xác tham số tải mạch
điện tương đương phía một chiều nghịch lưu nguồn Z.
4.1. Điều khiển điện tử công suất cho hệ phát điện sức gió
4.2. Công suất turbine gió
Theo [56, 57,58, 59] công suất turbine xác định như sau:

Trong chế độ làm việc nối lưới, cấu trúc điều khiển phải đảm bảo
điện áp trên tụ (C1&C2) bằng hằng số, điều khiển dòng công suất
trao đổi lên lưới với lượng đặt công suất được đưa đến từ bộ điều
khiển cấp trên như: PLC, SCADA và có khả năng điều khiển HSCS
như trên Hình 4.5.

Pw =

1
ρπ Rt2 v 3C p (β , λ )
2

(4.1)

4.3. Thiết kế tổ hợp điều khiển nghịch lưu nguồn Z cho hệ phát
điện sức gió

u dc

iL

cosϕ

uC

uC*
isd*

P*

u sd
u sq

sin ϕ *

dq
αβ

uC

u sα
u sβ

isq*
sin ϕ
cosϕ

isd

isq

end

dq
abc

θ

enq

Hình 4.5. Cấu trúc điều khiển nghịch lưu nguồn Z hệ phát điện sức gió
làm việc nối lưới

Trong chế độ làm việc ở chế độ độc lập, mạch vòng điều khiển công
suất và HCSC được thay thế bằng mạch vòng điều khiển ổn định điện
áp đầu ra cấp cho tải (sau mạch lọc LfCf). Để đảm bảo cân bằng năng
lượng giữa nguồn và tải, cần thiết có hệ thống tải giả (Dump load) –
được điều khiển bằng khâu ĐK tải giả mang đặc điểm rơle hai vị trí,
sao cho giá trị lớn nhất điện áp đỉnh đặt vào nhánh van mạch nghịch
lưu được phép dao động trong phạm vị 880V ÷ 900V như Hình 4.6.
Giá trị điện áp đỉnh đặt vào mạch nghịch lưu được đo gián tiếp thông
qua điện áp sơ cấp đặt vào NLNZ udc và điện áp trên tụ (C1&C2) là
uC theo(2.44).