B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI PHM TUN ANH CC PHNG PHP IU KHIN THIT B KHO IN S DNG TRONG H THNG PHT IN SC GIể HOT NG CH C O Chuyờn ngnh: K thut iu khin v T ng húa Mó s: 62520216 TểM TT LUN N TIN S IU KHIN V T NG HểA NGI HNG DN KHOA HC: GS TSKH Nguyn Phựng Quang H Ni 2015 Cụng trỡnh ny c hon thnh ti: Trng i hc Bỏch khoa H Ni Ngi hng dn khoa hc: GS TSKH NGUYN PHNG QUANG Phn bin 1: Phn bin 2: Phn bin 3: Lun ỏn s c bo v trc Hi ng chm lun ỏn tin s cp Trng hp ti Trng i hc Bỏch khoa H Ni Vo hi gi, ngy thỏng nm Cú th tỡm hiu lun ỏn ti th vin: Th vin T Quang Bu - Trng HBK H Ni Th vin Quc gia Vit Nam M U in nng gi mt vai trũ then cht phỏt trin kinh t xó hi Nhng hn 1,3 t ngi trờn th gii cha c tip cn vi in [38, 54] nhng khu vc xa xụi nh cỏc hi o, vựng nỳi cao, vựng bng tuyt - nhng ni m li in quc gia khụng cú kh nng ti H thng in nhng khu vc ú tm gi tờn l h thng in c o hay Remote Area Power Systems (RAPS) Ngun in RAPS sinh t cỏc t hp phỏt in diesel, quy mụ ph ti nh v va, li in cú dung lng hn ch mang tớnh cht li yu c lp hon ton vi li in quc gia mang tớnh cht li cng Cỏc ngun nng lng tỏi to c bit l nng lng giú c xem l mt ngun nng lng tim nng b sung cho h thng in c o H thng in c o thụng thng ly ngun nng lng t t hp phỏt in diesel lm nn, l ngun cung cp nng lng chớnh, ngun nng lng t h thng phỏt in sc giú (PSG) c huy ng gim thiu lng tiờu th nhiờn liu húa thch [17, 61] Nguyờn tc c bn mt h thng in n nh l s cõn bng cụng sut gia ngun phỏt v ti tiờu th Mi quan h cõn bng núi trờn phn ỏnh s cõn bng gia cụng sut c ca cỏc ngun nng lng c s cp cung cp cho cỏc mỏy phỏt vi cụng sut in tiờu th ca ph ti v cỏc tn hao Trong h thng PSG, cụng sut c sn sinh t turbine giú li bin ng tht thng theo tc giú, ngu nhiờn v khụng th iu khin c [16, 90] Khi mt h thng PSG hũa vo li quc gia thỡ phi tuõn theo nhng tiờu chun c bn ca nh qun tr v in ỏp, tn s, súng hi c quy nh Grid-Codes, li in quc gia coi nh mt kho nng lng vụ hn cú kh nng hp th tt c lng cụng sut phỏt vo Vi h thng in c o, cụng sut ngun phỏt ln dung lng dõy truyn ti l hu hn H thng in c o mang c im li yu, quỏn tớnh thp nờn rt nhy cm vi nhng bin ng ca c ngun phỏt cng nh ph ti m bo nguyờn tc cõn bng cõn bng cụng sut núi trờn, h thng iu khin giỏm sỏt (SCADA) cú nhng s tỏc ng mang tớnh cht iu hnh li n nh nh: iu chnh cụng sut ngun phỏt, sa thi ph ti Khi iu chnh cụng sut ngun phỏt, h thng in c o cú hai kh nng tỏc ng: iu chnh ngun phỏt sc giú v iu chnh ngun phỏt diesel Vi h thng PSG, cụng sut u khụng ch ng huy ng c vỡ ph thuc vo yu t giú t nhiờn Vi ngun phỏt diesel, tỏc ng iu cú th din ch ng theo c chiu tng v gim cụng sut ngun phỏt Khi ngun phỏt sc giú c huy ng cựng vi ngun phỏt diesel, s chia s cụng sut tỏc dng gia cỏc ngun phỏt dn ti ũi hi iu chnh cụng sut liờn tc a ti h thng iu khin tc ca ng c diesel iu chnh cụng sut c ca ng c s cp Trong ú RAPS, ngun phỏt diesel úng vai trũ hỡnh thnh li, tn s li t l vi tc quay ca ng c s cp diesel Chớnh hin tng iu chnh liờn tc cụng sut ngun phỏt lm cho tn s li luụn bin ng gõy suy gim nghiờm trng cht lng in nng, nh hng tiờu cc n s hot ng ca cỏc thit b in cng nh chớnh bn thõn tui th ca ng c diesel Vỡ vy, khai thỏc hiu qu nng lng giú h thng in c o cn thit phi cú gii phỏp k thut phự hp gim thiu hin tng bin ng cụng sut cho cht lng in nng (tn s) ca c h thng phi c m bo phự hp vi mt s tiờu chun IEEE 1547.4, EN 50160 hoc IEC nh Bng 1.4 Mt nhng gii phỏp phỏt huy c hiu qu ú l s dng thit b kho in b sung cụng sut thiu ht hoc hp th cụng sut d tha ca ngun phỏt sc giú qua ú lm lm trn (smoothing) cụng sut u ca cỏc h thng PSG Siờu t cú nhng u th vt tri so vi cỏc cụng ngh tớch tr nng lng khỏc nhng ng dng ũi hi ng hc nhanh Thit b kho in s dng siờu t (SCESS Supercapacitor Energy Storage Systems) bao gm siờu t v h thng bin i nng lng (tng cụng sut) cú kh nng trao i cụng sut hai chiu ó c mt s nh khoa hc nghiờn cu, th nghim tớch hp h thng in vi mc tiờu m bo cht lng in nng [12, 14, 21, 27, 29, 49, 61, 64, 90] Cỏc chin lc iu khin v cu trỳc iu khin ca cỏc cụng trỡnh nghiờn cu trc õy phong phỳ nhng iu khin b bin i DC-DC hai chiu cũn nhiu hn ch nh: iu khin tỏch bit hai chiu nng lng ũi hi phi cú khúa chuyn gia cỏc ch ; hoc iu khin hp nht hai chiu nng lng s dng mt cu trỳc iu khin nhng c s thit k b iu khin khụng tng minh thiu mt mụ hỡnh ng hc phự hp vi cỏc phng phỏp iu khin tuyn tớnh, phi tuyn Nhng tn ti ú dn ti nguy c suy gim cht lng hay thm h mt n nh im cụng tỏc thay i, tham s ca h thay i Vỡ vy, lun ỏn ny, tỏc gi thc hin phõn tớch cỏc ch lm vic ca b bin i DC-DC hai chiu khụng cỏch ly dn ti mt mụ hỡnh ng hc mụ t thng nht hai chiu nng lng Cỏc phng phỏp iu khin tuyn tớnh cú th lm suy gim cht lng ng hc ca h thng im lm vic thay i v thc s cha phự hp vi bn cht phi tuyn ca mụ hỡnh ng hc thng nht hai chiu nng lng ca h Do ú, lun ỏn tip tc gii quyt iu khin phi tuyn thit b kho in SCESS nhm nõng cao cht lng iu khin h thng bin i in nng gm b bin i DC-DC v DC-AC lm c s hon thnh mc tiờu n nh ngn hn cụng sut tỏc dng u ca turbine PSG, m bo cht lng tn s li i tng nghiờn cu: Thit b kho in s dng siờu t vi ba thnh phn: Siờu t, b bin i DC-DC hai chiu, b bin i DC-AC hai chiu Mc ớch nghiờn cu: xut cu trỳc iu khin thớch hp v cú hiu qu i vi h thng kho in s dng siờu t m bo cht lng in nng ca h thng in c o ngun phỏt hn hp giú diesel Ch mi tng quan gia cụng sut ca h PSG vi SCESS, xỏc nh cỏc thụng s k thut ca SCESS i vi cỏc mc yờu cu cụng sut theo profile giú c th i vi h PSG Kim chng cu trỳc iu khin h thng kho in c xut thụng qua nhng minh chng bng lý thuyt v thc nghim Phng phỏp nghiờn cu: Nghiờn cu trờn lý thuyt cỏc thut toỏn iu khin thit b kho in m bo tớnh n nh, cht lng in nng ca h thng in c o ngun phỏt hn hp giú diesel Tng hp h thng bng mụ phng trờn phn mm MATLAB/Simulink ỏnh giỏ kt qu nghiờn cu thut toỏn iu khin trờn lý thuyt Kim chng kh nng lm vic ca cỏc cu trỳc iu khin xut cho SCESS trờn cụng c mụ phng thi gian thc dSPACE-DS1104 v trờn mụ hỡnh thớ nghim SCESS trao i cụng sut hai chiu vi li in xoay chiu ba pha Phm vi nghiờn cu: o H thng in c o c hnh ch giú bin ng ngu nhiờn, khụng xem xột n iu kin thi tit khc nghit nh bóo o Ph ti ca h thng c gi thit: Phõn b trung, i xng vi hai dng thun tr v ti tr cm o Thit b kho in khụng hnh ch s c li: Ngn mch, li/lừm in ỏp, mt i xng in ỏp/dũng in o Thit b kho in ch thc hin chc nng n nh ngn hn cụng sut tng turbine PSG riờng r (bự phõn tỏn); khụng x lý h tr ph ti nh, giỏn on tm thi ca ngun phỏt (khụng h tr chc nng UPS); cụng sut phn khỏng nh qun tr h thng quy nh Grid-Codes o Lun ỏn ch trung iu khin SCESS iu khin cp thit b khụng gii quyt bi toỏn iu khin mang c im iu ton b h thng in c o í ngha ca ti: S phỏt trin mnh m ca cỏc h thng phỏt in sc giú trờn th gii cng nh ti trng HBK H Ni (xem PH LC C) nhng nm gn õy trờn c phng din nghiờn cu ln ng dng nhng a s trung vo nhng h thng PSG hũa li quc gia Vi c im giu ti nguyờn giú, c bit l cỏc khu vc hi o, Vit Nam gn õy ó nghiờn cu, trin khai mt s d ỏn phỏt in sc giú ti mt s hi o Phỳ Quý, Cụn o, Bch Long V, nhng cha th i vo hnh khai thỏc hiu qu kin trỳc tng th ca h thng in trờn nhng khu vc ú khụng m bo s n nh v cht lng in nng c tớch hp cỏc turbine PSG, rt cn phi cú gii phỏp k thut gii quyt gim thiu s nh hng ca hin tng bin ng cụng sut u ca turbine PSG n h thng in c o cha cú mt cụng trỡnh nghiờn cu no ti Vit Nam v thit b kho in cho h thng PSG hot ng h thng in c o Lun ỏn t mc tiờu thit k cu trỳc iu khin quỏ trỡnh trao i nng lng ca thit b kho in nhm n nh ngn hn cụng sut u ca turbine PSG, qua ú m bo cht in nng h thng in c o ngun phỏt hn hp giú diesel Vi nhng tin nh vy lun ỏn hn em li nhng ý ngha tớch cc c v mt khoa hc ln thc tin: í ngha khoa hc: Ch kh nng n nh cụng sut u ca mi turbine PSG bng thit b kho in SCESS vi nhng cu trỳc iu khin thớch hp s nõng cao cht lng in nng h thng in c o ngun phỏt hn hp giú diesel í ngha thc tin: Kt qu nghiờn cu ny s l tin cho vic tớch hp thit b kho in phự hp vi mt s li ic c o núi riờng v h thng in vi li cụ lp núi chung ti Vit Nam nõng cao tin cy hnh, gim thiu s tiờu th nng lng húa thch so vi li in truyn thng (cha tớch hp kho in) Nhng kt qu mi ca lun ỏn: - Xõy dng mụ hỡnh ng hc hp nht hai ch trao i nng lng ca b bin i DC-DC hai chiu khụng cỏch ly mang c im phi tuyn phự hp vi mc tiờu thit k iu khin kho in s dng siờu t - xut cu trỳc iu khin thit b kho in s dng siờu t cú tớch hp thut toỏn toỏn iu khin phi tuyn cho b bin i DC-DC hai chiu khụng cỏch ly m bo kim soỏt c lp cỏc thnh phn cụng sut tỏc dng, cụng sut phn khỏng vi ng hc phự hp vi nhng bin ng cụng sut u ca turbine PSG cú u l in xoay chiu ba pha - Chng minh tớnh kh thi ca thut toỏn iu khin thit b kho in c xut nhm n nh ngn hn cụng sut u ca h thng PSG vi gii phỏp bự phõn tỏn bng cỏc bng cỏc kt qu mụ phng offline - Kim chng cu trỳc iu khin thit b kho in c xut lun ỏn bng cỏc kt qu mụ phng thi gian thc trờn nn tng DSP dSPACE DS1104 v trờn mụ hỡnh thớ nghim SCESS B cc lun ỏn gm chng chớnh nh sau: Chng TNG QUAN gii thiu cu trỳc h thng in hi o Vn phõn cp iu khin h thng in hi o ngun phỏt hn hp c nghiờn cu khỏi quỏt nh hng rừ rng v cỏc yờu cu iu khin i vi thit b kho in h tr n nh ngn hn cụng sut tỏc dng u ca turbine PSG Tỏc gi cng phõn tớch ỏnh giỏ cỏc cụng trỡnh nghiờn cu ó cú ca cỏc tỏc gi v ngoi nc liờn quan n thit b kho in s dng siờu t T ú nờu nhng cũn tn ti, ch nhng m lun ỏn cn trung nghiờn cu, gii quyt Chng CC NGUN PHT TRONG H THNG IN C O trỡnh by v h thng in c o s dng ngun phỏt hn hp gia giú v diesel H thng phỏt in sc giú v h thng phỏt in diesel s c phõn tớch nhng im ct lừi v nguyờn tc lm vic, cỏc cu trỳc c bn v cỏc iu khin Chng Mễ HèNH THIT B KHO IN S DNG SIấU T trỡnh by v mụ hỡnh toỏn ca siờu t, b bin i DC-DC hai chiu khụng cỏch ly v nghch lu ngun ỏp DC-AC Cỏc mụ hỡnh toỏn hc c xõy dng trờn c s phõn tớch cỏc trng thỏi lm vic ca cỏc b bin i thit lp cỏc mi quan h v in gia cỏc bin trng thỏi, bin iu khin, bin u s c trỡnh by chi tit Chng CC VN IU KHIN trỡnh by v cu trỳc iu khin tng th ca SCESS v cu trỳc iu khin chi tit ca cỏc b bin i DC-AC v DC-DC Chng KT QU Mễ PHNG V TH NGHIM th hin nhng kt qu kim chng cho cỏc cu trỳc iu khin ó ó xut Cỏc kt qu thu c trờn phn mm mụ phng MATLAB/Simulink/SimPowerSystems, mụ phng thi gian thc trờn dSPACE DS1104 v mụ hỡnh thớ nghim SCESS chng minh cho kh nng lm vic, hiu qu ca nhng gii phỏp c xut KT LUN V KIN NGH ch nhng úng gúp ca lun ỏn v hng phỏt trin tip theo TNG QUAN 1.1 Khỏi nim v h thng in c o H thng in c o (RAPS) l mt h thng in c lp hon ton vi li in quc gia nm nhng khu vc xa xụi ni m li in quc gia khụng cú kh nng ti c i vi RAPS truyn thng, ngun phỏt in thng l cỏc trm phỏt s dng nng lng t du diesel (gi l t hp phỏt in diesel DG) S phỏt trin mnh m ca cỏc cụng ngh nng lng tỏi to, cỏc turbine phỏt in sc giú c tớch hp thờm vo RAPS vi mc tiờu gim tiờu hao nhiờn liu húa thch Khi ú, RAPS tr thnh mt h thng in vi ngun phỏt hn hp nh minh trờn Hỡnh 1.1 RAPS khụng bao gi trao i nng lng vi li in chớnh, t chu trỏch nhim v cõn bng gia cỏc ngun phỏt vi ti tiờu th trỡ cỏc ch tiờu cht lng in nng nh tn s, in ỏp gii hn cho phộp Cỏc ngun phỏt RAPS v Microgrids bao gm c ngun phỏt cú kh nng iu l nhng trm phỏt in diesel v nhng ngun phỏt bin ng tht thng t turbine giú Do ú, m bo cht lng in nng v tin cy, RAPS v Microgrids thng c tớch hp thờm thit b tớch tr nng lng tm gi tt l kho in (Energy Storage Systems ESS) Thit b kho in cú th c lp t ri rỏc nhng v trớ cn bự (bự phõn tỏn) hoc lp t trung bus kt ni tt c cỏc ngun phỏt (bự trung) HT SCADA TON B LI IN C O HT O LNG & IU KHIN TRM PHT DIESEL H thng phỏt in trung s dng Diesel Governor DIESEL ENGINE Governor AVR DIESEL ENGINE SG AVR SG 0.4/22kV Thit b kho in trung ESS 22/0.4kV ESS Thit b kho in phõn tỏn Li s dng Li truyn ti 0.4kV ESS 0.69/22kV 22kV HT O LNG & IU KHIN LI S DNG HT PHT IN SC GIể HT o lng v iu khin turbine PSGn HT o lng v iu khin turbine PSG2 HT O LNG & IU KHIN WIND PARK HT o lng v iu khin turbine PSG1 Hỡnh 1.1 Minh h thng in hi o ngun phỏt hn hp giú - diesel 1.2 Vn m bo cht lng in nng RAPS phi t m bo cỏc ch tiờu cht lng in nng trờn c s nguyờn tc c bn ca bt c h thng in no: Cụng sut ngun phỏt phi cõn bng vi ti tiờu th Trong h thng in c o, cụng sut phn khỏng c ỏp ng bi ngun phỏt diesel, cỏc b t bự, khỏng in, cỏc b SVC, STATCOM c tớch hp mt cỏch hp lý m bo cht lng in ỏp [7, 8, 116, 119] i vi n nh cụng sut tỏc dng: RAPS mang c im li yu, quỏn tớnh thp nờn rt nhy cm vi nhng bin ng ca c ngun phỏt cng nh ph ti RAPS, tn s li t l trc tip vi tc ca ng c s cp diesel Trong trng hp mt cõn bng cụng sut tỏc dng, b iu tc tỏc ng iu chnh cụng sut c ca ng c diesel a tn s tr li giỏ tr nh mc khong thi gian cho phộp t 10-15 giõy gi l tỏc ng iu chnh s cp (Primary load frequency control)[61, 62, 68] Tuy nhiờn, tỏc ng iu chnh ca b iu tc thng chm hn so vi nhng bin ng nhanh ca ngun PSG lm cho trng thỏi cõn bng h thng khụng c m bo Gii phỏp iu cỏc ngun phỏt sc giú l khụng kh thi, thay vo ú ngi ta s dng gii phỏp vỏ patch nhng bin ng ca cụng sut tỏc dng u h PSG bng thit b kho in Kho in s hp th cụng sut ngun s cp d tha v gii phúng cụng sut ngun s cp thiu ht Kh nng vỏ nhng khong li lừm n õu, thi gian bao lõu ph thuc vo mc tiờu iu cp trờn nh: n nh ngn hn, n nh theo c im ph ti, n nh theo 1.3 Phõn cp iu khin h thng in c o Nh ó th hin trờn Hỡnh 1.1, ngun phỏt h thng in c o chia lm loi: Ngun phỏt kt ni trc tip vi AC-bus (cỏc t hp DGs) v ngun phỏt kt ni vi AC-bus thụng qua cỏc b bin i cụng sut (ngun phỏt sc giú, thit b kho in) Vn iu khin RAPS c chia thnh hai cp: Cp h thng (system-level controls) v cp thit b (component-level controls)[57, 58, 62] Mi ngun phỏt phi ỏp ng nhng yờu cu iu khin khỏc cu trỳc iu khin tng th ca h thng in hi o 1.4 Tỡnh hỡnh nghiờn cu v thit b kho in trờn th gii 1.4.1 Khỏi quỏt v mt s loi kho nng lng Tựy theo ng dng m kho cn phi ỏp ng v cụng sut cng nh thi gian gii phúng nng lng phự hp nh: ng dng qun lý nng lng yờu cu ESS phi cú dung lng ln, thi gian gii phúng cú th kộo di hng gi; ng dng chuyn ngun yờu cu dung lng thp hn, thi gian gii phúng nng lng cú th kộo di c vi phỳt; ng dng m bo cht lng in nng v tin cy ũi hi ESS phi cú kh nng gii phúng nhanh (c mili giõy) Cỏc cụng ngh tớch tr nng lng cn thit phi cú mt h thng bin i nng lng cú th trao i cụng sut vi li in Siờu t cú kh nng tớch ly trc tip nng lng dng in nng DC vi mt s u im vt tri nh: in dung ln vi kớch thc nh gn (cú th n hng nghỡn Farad); ng hc nhanh: thi gian x np nng lng cc nhanh vi cụng sut ln; Mt nng lng ln hn nhiu so vi t thng, acqui; Hiu nng cao, tn s x np ln, cú th x kit m khụng b nh hng n tui th, ớt b nh hng bi nhit v thõn thin vi mụi trng 1.4.2 Vn iu khin thit b kho in Trong h thng in hi o phõn chia thnh nhiu cp iu khin, cỏc ngun phỏt cú vai trũ khỏc h thng s phi ỏp ng cỏc yờu cu v iu khin khỏc i vi RAPS ngun phỏt hn hp giú diesel cú tớch hp thit b kho in: - Ngun phỏt diesel úng vai trũ thit lp li c s - H PSG c iu khin cp nng lng lờn li - Kho in úng vai trũ l mt thit b ph tr thc hin chc nng n nh ngn hn cụng sut u ca h PSG trỏnh lõy lan cỏc bin ng cụng sut cú th dn ti nguy c mt n nh h thng Thit b kho in c c trng bi hai yu t: Dung lng thit k v cu trỳc iu khin h thng bin i nng lng H thng bin i nng lng bin i dng nng lng tớch tr thnh in nng phự hp vi phng ỏn tớch hp kho in (phõn tỏn hay trung) v ph thuc cu trỳc ca RAPS (AC-tp trung hay DC-tp trung) s dn ti nhng yờu cu v iu khin khỏc Phng ỏn bự trung, dung lng kho in ũi hi ln, t l vi dung lng ca ton h thng in Vn iu khin kho in bự trung s da trờn thụng tin v cỏc i lng v thụng s ca li in vi nhng rng buc cht ch ca iu - iu khin cp h thng (nh ó gii thiu mc 1.3.1) Phng ỏn bự phõn tỏn, thit b kho in ch h tr cỏc turbine PSG riờng l, s dng thụng tin v cụng sut u ca tng turbine PSG thc hin chc nng cp nng lng lờn li (nh ó gii thiu mc 1.3.2) nhm n nh ngn hn cụng sut u Kh nng tớch hp SCESS vo h thng PSG cng em li hai s la chn: SCESS kt ni vo mch mt chiu trung gian ca cỏc tng bin i in nng ca h thng PSG gi l DC-coupled SCESS kt ni vo u xoay chiu ca h thng PSG gi l AC-coupled Thit b kho in úng vai trũ l mt h thng ph tr, mt chc nng m rng ca h thng phỏt in sc giú Kho in c iu khin np/x mt cỏch hp lý h tr n nh cụng sut u ca turbine PSG, bn thõn turbine PSG li hot ng tuõn theo nhng quy nh ca nh qun tr h thng in c nh ngha Grid-Codes iu khin quỏ trỡnh trao i nng lng gia kho in vi li bn cht l quỏ trỡnh iu khin cỏc b bin i in t cụng sut DC-DC v DC-AC Nu phõn loi chiu dũng nng lng trao i ca kho in thỡ cú hai phng phỏp iu khin: iu khin hai ch c lp ([72, 113] i vi phng ỏn DC-coupled v [42, 65, 83] i vi phng ỏn AC-coupled) hoc iu khin hp nht ([40, 41, 80-82, 94] i vi phng ỏn DC-coupled v [11, 69-71, 99, 100] i vi phng ỏn ACcoupled) im hn ch ca phng phỏp iu khin hai ch c lp l luụn ũi hi mt khúa chuyn ch iu ny khụng nhng lm suy gim cht lng ng hc m cũn tim n nhng nguy c gõy mt n nh h thng yờu cu chuyn trng thỏi np/x xy vi tn s cao hoc trng thỏi np/x khụng thc s rừ rng So vi phng phỏp iu khin hai ch c lp, phng phỏp iu khin hp nht hai ch em li tin cy v iu khin cao hn s lng cỏc b iu khin gim i, khụng tn ti khúa chuyn gia cỏc cu trỳc iu khin Sn phm thng mi trờn th trng: Trong quỏ trỡnh thc hin lun ỏn ny, tỏc gi mi ch thy s hin din ca thit b kho in s dng siờu t ca cụng ty M&P CHLB c 1.5 La chn hng nghiờn cu Bi toỏn thit k cu trỳc h thng in hi o khụng thuc phm vi nghiờn cu m tỏc gi s dng (gi thit) mt cu trỳc n gin ỏp ng cỏc yờu cu v kim nghim cht lng quỏ trỡnh iu khin n nh ngn hn cụng sut turbine PSG nh minh trờn Hỡnh 1.15 - V la chn loi mỏy phỏt sc giú: H PSG s dng PMG PMG khụng tiờu th cụng sut phn khỏng ca li v ang c cỏc nh sn xut ch to vi cụng sut phự hp vi c cụng sut v mụi trng hot ng khu vc hi o [7, 8, 61, 90, 95, 112, 122] S la chn ny c bit phự hp vi nhng hi o Vit Nam - V phng ỏn bự phõn tỏn c la chn cho phộp kim soỏt v can thip trc tip vo cụng sut u i vi tng h PSG, hiu qu tỏc ng c ỏnh giỏ trc tip ti mi u ca h PSG - Cụng ngh tớch tr in nng dựng siờu t c la chn vỡ c im ng hc ca quỏ trỡnh np/x vt tri hn so vi cỏc cụng ngh tớch tr nng lng khỏc theo nhng khuyn cỏo ca cỏc tỏc gi ó nghiờn cu trc õy [12, 14, 21, 27, 29, 49, 61, 64, 90] hn em li hiu qu n nh ngn hn cụng sut u bin ng ca h PSG - Kho in c tớch hp vo phớa AC ca h PSG vỡ tớnh linh hot ca phng ỏn ny cao hn hn phng ỏn tớch hp vo bus DC trung gian cu trỳc back-to-back - Vn iu khin: m bo cỏc cht lng iu khin, c s u tiờn l mụ hỡnh toỏn hc mụ t thng nht hai quỏ trỡnh trao i cụng sut ca BB DC-DC, k tip l phng phỏp thit k iu khin phự hp Tuy nhiờn, nhng cụng b trờn, tỏc gi lun ỏn cha tỡm thy s mụ t tng minh v mụ hỡnh hp nht hai ch ca BB DC-DC Vỡ vy, tỏc gi s b sung v mụ hỡnh chớnh xỏc v mụ hỡnh trung bỡnh ngn hn mụ t hp nht hai quỏ trỡnh trao i cụng sut BB DC-DC hai chiu so vi cỏc cụng trỡnh nghiờn cu trc õy v thit b kho in s dng siờu t Thờm vo ú, b iu khin ch s dng cu trỳc P, PI truyn thng, c s la chn tham s b iu khin cng cha c ch rừ rng Vỡ vy, tỏc gi cng s thit k iu khin theo hai phng phỏp tuyn tớnh v phi tuyn th hin rừ u th ca iu khin phi tuyn so vi iu khin tuyn tớnh Cu trỳc iu khin phi tuyn cng s l im b sung ca iu khin thit b kho in dựng siờu t so vi cỏc cụng trỡnh nghiờn cu trc õy Tỏc gi dng cỏc kt qu nghiờn cu ca mt s cụng trỡnh nghiờn cu trc õy theo ti liu [8, 95, 101] thit k iu khin BB DC-AC theo phng phỏp ta hng in ỏp li VOC vi cỏc thut toỏn iu khin truyn thng PI, Dead-beat Vi b bin i DC-DC, xut phỏt t ý tng iu khin hp nht [73, 124, 125], tỏc gi thc hin phõn tớch cỏc ch lm vic ca b bin i DC-DC hai chiu khụng cỏch ly dn ti mt mụ hỡnh ng hc mụ t thng nht hai chiu nng lng Cỏc phng phỏp iu khin tuyn tớnh cú th lm suy gim cht lng ng hc ca h thng im lm vic thay i v thc s cha phự hp vi bn cht phi tuyn ca mụ hỡnh ng hc thng nht hai chiu nng lng ca h Trong lun ỏn ny, tỏc gi xut thut toỏn iu khin phi tuyn theo lý thuyt n nh Lyapunov ỏp dng cho i tng DC-DC Phi hp gia cỏc cu trỳc iu khin cho hai b bin i DC-DC v DC-AC hỡnh thnh lờn cu trỳc iu khin tng th SCESS nhm thc hin bi toỏn n nh ngn hn cụng sut tỏc dng u ca h thng PSG h thng in c o H thng phỏt in trung s dng Diesel B iu tc ref Governor B K in ỏp AVR Du Diesel Van nhiờn liu Diesel Engine U ref BUS 400V SG Li s dng PLoad , QLoad Pdiesel , Qdiesel HT O LNG & IU KHIN TRM PHT IN DIESEL HT O LNG & IU KHIN LI S DNG H thng phỏt in sc giú BUS 400V AC PWT PSCESS , QSCESS SCESS AC Cụng sut Np/x AC HT O LNG & IU KHIN TURBINE PSG Np e DC - X e- X Np N-cell u ni tip/song song HT SCADA TON B LI IN C O HT O LNG & IU KHIN KHO IN Hỡnh 1.15 Cu trỳc WDHPS c la chn nghiờn cu - ỏnh giỏ hiu qu ca gii phỏp xut, cho n thi im cui nm 2014, hip hi IEEE ang hon thin cỏc ch tiờu ỏnh giỏ v thit b kho in tớch hp vo li in b tiờu chun IEEE P2030.3 v IEEE P2030.2 Vỡ vy tỏc gi s ỏnh giỏ giỏn tip thụng qua hiu qu n nh tn s li theo ch tiờu cht lng in nng c quy nh bi IEEE 1547.4, EN50160, AEMO, AEMC 1.6 Kt lun chng Ni dung chng ny ó nghiờn cu c im h thng in c o ngun phỏt hn hp gia cỏc ngun nng lng truyn thng t vi cỏc ngun nng lng tỏi to hỡnh thnh lờn h thng phỏt in lai m ú h thng phỏt in lai sc giú diesel l i tng in hỡnh thu hỳt cỏc cụng trỡnh nghiờn cu trờn th gii Thụng qua vic kho sỏt nhng cụng trỡnh nghiờn cu ó cụng b trờn th gii nhng nm gn õy, tỏc gi s xut cu trỳc iu khin hon thin cỏc phng phỏp iu khin ó c ỏp dng cho SCESS Nhng xut ú s c kim chng bng phn mm mụ phng MATLAB/Simulink Tỏc gi cng kim chng s lm vic ca SCESS phũng thớ nghim ti Vin K thut iu khin v T ng húa (ICEA), i hc Bỏch khoa H Ni Ni dung túm tt ca Chng ó c tỏc gi cụng b bi bỏo s [1] CC NGUN PHT TRONG H THNG IN C O 2.1 H thng phỏt in sc giú Ni dung mc ny trỡnh by nguyờn tc lm vic núi chung ca mt h thng phỏt in sc giú cựng cỏc cu trỳc c bn cú th cú v cỏc ch hnh h thng Tip ú, cỏc iu khin cho h PSG phự hp vi h thng in c o s c trỡnh by chi tit 2.1.1 Nguyờn tc lm vic input Bin i in nng Bin i c nng output G Giú Turbine Hp s Mỏy phỏt B bin i Bin ỏp Li in Hỡnh 2.1 Quỏ trỡnh bin i nng lng ca mt turbine PSG Quỏ trỡnh bin i nng lng ca mt turbine PSG c minh trờn Hỡnh 2.1 Nng lng t giú t nhiờn l u vo c bin i thnh in nng a lờn li u Cỏc cỏnh ún giú ca turbine bin nng lng giú thnh c nng dng chuyn ng quay trờn trc mỏy phỏt i vi cỏc turbine giú cụng sut c vi MW, tc quay ca rotor turbine tng i chm (trong di 5-16 rpm) nờn hp s (gearbox) thc hin nhim v bin i tc lờn cao hn (nhng mụ men cng gim i) cho phự hp vi tc cụng tỏc ca mỏy phỏt in nng c sinh t mỏy phỏt s phi c iu chnh cho phự hp vi yờu cu hũa li bng cỏc b bin i in t cụng sut v bin ỏp 2.1.2 Ch iu khin ca h thng PSG Cú th phõn ch hnh, v t ú l ch K chớnh ca h thng PSG: a) Ch cú hũa li quc gia cú mt s c im sau: Li quc gia cú th c coi l li cng vi P vụ cựng ln, in ỏp v tn s n nh; Cụng sut P ca h thng PSG thng c K bỏm theo ng cụng sut ti u, nhm khai thỏc ti a nng lng t giú; H s cụng sut cos thng c t c nh, thm xp x Ngha l: khụng phỏt cng khụng tiờu th Q b) Ch khụng hũa li quc gia, ch hũa li c o vi cỏc c im: Li c o thng mt nhúm mỏy phỏt diesel thit lp vi cụng sut P nh Li c o l li mm vi in ỏp v tn s kộm n nh; Ph ti c phõn chia gia nhúm mỏy phỏt diesel v h thng PSG H thng PSG ch c phộp phỏt vi P = const theo t l phõn chia ó quy nh (th phn nh qun tr chi phi); H s cụng sut cos ca PSG phi c t linh hot giỏ tr thớch hp, bo m an ton cng nh hiu qu khai thỏc ngun phỏt diesel 2.1.3 Cỏc iu khin h thng PSG H thng iu khin c phõn thnh nhiu cp iu khin nh minh trờn Hỡnh 2.4 m bo kim soỏt c dũng nng lng vo v h thng PSG a) iu khin cp I trỡnh trao i cụng sut phự hp vi s bin ng nhanh nờn khụng i sõu vo bi toỏn mụ hỡnh húa v nhn dng tham s m gi thit siờu t ó xỏc nh c tham s 3.3.2 Mụ hỡnh b bin i DC-DC dựng thit b kho in Quỏ trỡnh mụ hỡnh húa c túm tt nh sau: Xỏc nh cỏc cu trỳc mch in ng vi cỏc trng thỏi chuyn mch ca van; xõy dng mụ hỡnh chớnh xỏc ca DC-DC i vi cỏc bin trng thỏi c la chn l dũng in qua cun cm v in ỏp trờn t ca mch in mt chiu trung gian; xỏc nh mụ hỡnh trung bỡnh ngn hn 3.3.2.1 Mụ hỡnh chớnh xỏc Hai van SBK, SBS c iu khin hot ng ch nghch o trng thỏi ca nhau, nờn ch cn dựng mt hm chuyn mch nh (3.35) l cú th kt hp cỏc h phng trỡnh (3.31), (3.32), (3.33) v (3.34) thu c h phng trỡnh mụ t thng nht hai ch np/x ca b bin i nh (3.36) SBK ON; SBS OFF q qCh (3.35) SBK OFF; SBS ON qDch qCh diL dt duDC dt iL uDC RL L RL iL u q L L DC i q iinv C L iL u DC A 3.3.2.2 1 C uSC (3.36) iL q uDC L B uSC iinv L (3.37) C W Mụ hỡnh trung bỡnh ngn hn chuyn mụ hỡnh (3.37) v dng mụ hỡnh trung bỡnh s dng phộp trung bỡnh ngn hn hay trung bỡnh trt Sliding average [24, 96, 118] Nh vy, nu s dng vector bin trng thỏi m l cỏc giỏ tr trung bỡnh ngn hn ca dũng in qua cun cm v in ỏp trờn t, mụ hỡnh trung bỡnh ngn hn ca (3.37) c vit li nh (3.46) da trờn cỏc tớnh cht (3.43) v (3.44) Mụ hỡnh (3.46) th hin c im phi tuyn cu trỳc vi phộp nhõn gia bin trng thỏi v bin iu khin dm1 dt dm2 dt 3.3.2.3 RL m1 L md C 1 md L iinv C uSC L (3.46) Kim chng mụ hỡnh S dng cụng c mụ phng Matlab-Simulink/SimPowerSystems kim chng tớnh ỳng n ca mụ hỡnh trung bỡnh vi din bin trờn mụ hỡnh mch van thc t Mụ hỡnh trung bỡnh cho cỏc giỏ tr bin trng thỏi dũng in, in ỏp trung bỡnh 3.3.3 Mụ hỡnh b bin i DC-AC dựng thit b kho in Ghộp vi li in c l b bin i DC-AC hot ng hai ch : Chnh lu nhn nng lng t li v nghch lu a nng lng lờn li Nhng ni dung sau õy trỡnh by ngn gn v mụ hỡnh DC-AC dựng thit b kho in [95, 96] 12 3.3.3.1 Mụ hỡnh b bin i DC-AC ghộp vi li in BB DC-AC thng cú th s dng s thay th ti gin phc v cho vic mụ hỡnh húa v thit k nh Hỡnh 3.21 3PVSC RD CF iT ~ eN LD 3~ iN RF iF = uN ud Hỡnh 3.21 S ti gin BB DC-AC ghộp vi li in [95] d) Mụ hỡnh liờn tc BB DC-AC Mụ hỡnh trng thỏi ca nghch lu phớa li l: dx dt Ax Bu (3.77) Trong ú: T A D N ; B LD TD N i ; x Nd ; u iNq LD uNd eNd uNq eNq (3.78) e) Mụ hỡnh giỏn on BB DC-AC Theo ti liu, t h phng trỡnh (3.76), ta thu c mụ hỡnh dũng giỏn on phớa li nh sau: i T (k 1) N i T (k) H N u N (k) H N e Nv (k) (3.79) Vi: T T N T T L D N ;H D T N N T TD T LD (3.80) 3.4 Kt lun chng Cỏc c bn nhng ct lừi nht ca quỏ trỡnh thit k iu khin l bi toỏn mụ hỡnh húa ó c trỡnh by chi tit Chng ny Cỏc ni dung v mụ hỡnh ng hc siờu t, mụ hỡnh BB DC-AC ghộp vi li in pha c tỏc gi k tha t nhng ti liu tham kho ó c trớch dn y Mụ hỡnh (3.36) v (3.46) ca BB DC-DC hai chiu khụng cỏch ly chớnh l im b sung ca tỏc gi so vi cỏc cụng trỡnh [40, 41, 80-82, 94], [11, 69-71, 99, 100] Mụ hỡnh ng hc l c s toỏn hc tng minh cú th xut cỏc phng phỏp iu khin phự hp Chng Nhng kt qu ca Chng c tỏc gi cụng b cụng trỡnh [5] CC VN IU KHIN Cụng sut tỏc dng u WT s c n nh ngn hn (lm trn) nu cỏc thnh phn cụng sut bin ng tn s cao c hp th bi thit b kho in nh ó th hin mc 3.2.2 Thut toỏn lc thụng thp s c s dng xỏc nh lng t cụng sut (tng iu khin cp thit b) cho tng iu khin cp b bin i B bin i DC-AC thng ỏp dng theo mt s phng phỏp quen thuc nh VOC, VFOC, DPC vi cỏc thut toỏn iu khin truyn thng nh PI, Dead-beat ó c kim 13 chng trờn cỏc cụng c mụ phng, cỏc mụ hỡnh thớ nghim v ó c trin khai ỏp dng thc t Do ú, lun ỏn ny, tỏc gi dng cỏc kt qu nghiờn cu theo ti liu [95, 101] iu khin BB DC-AC theo phng phỏp VOC s dng cỏc b iu khin kinh in PI, Dead-beat Vi b bin i DC-DC, tỏc gi khụng i theo ng iu khin c lp hai ch np v x nng lng ca kho in nh cỏc cụng trỡnh [42, 65, 72, 83, 113] m xut phỏt t mụ hỡnh hp nht hai ch trao i nng lng ó c xõy dng mc 3.3.2 thit k iu khin theo cỏc phng phỏp iu khin tuyn tớnh v phi tuyn l im b sung ca tỏc gi so vi cỏc cụng trỡnh [40, 41, 73, 80-82, 94, 124, 125] Cỏc phng phỏp iu khin hai BB phi hp hỡnh thnh lờn mt cu trỳc iu khin tng th nhm thc hin bi toỏn n nh ngn hn cụng sut u ca WT h thng in c o ngun phỏt hn hp giú diesel 4.1 Cu trỳc iu khin tng th Nh ó gii thiu mc 1.3, h thng in c o bao gm hai cp iu khin: cp h thng v cp thit b v iu khin SCESS thuc v iu khin cp thit b Trong bi toỏn iu khin cp thit b, SCESS s c iu khin theo chc nng iu khin cp nng lng lờn li (gridfeeding control) nh ó gii thiu mc 1.3.2.2 Chc nng thit lp li trm phỏt diesel thc hin, SCESS cng khụng thc hin chc nng h tr c li m ch h tr cỏc turbine PSG n l (bự phõn tỏn) Nh vy, iu khin SCESS chớnh l quỏ trỡnh iu khin bỏm chớnh xỏc lng t cụng sut tng iu khin cp h thng a ti nh ó minh trờn Hỡnh 1.4 BB DC-DC SIấU T DC Link SBK DBS + usc iL udc RL,L BB DC-AC iinv SAH SBH Filter PCC SCH A C C DBK SBS Cf Lf B SAL SBL SCL SBK SBS SVM PWM uN uN e d u Nd KC Dũng in DC-DC N j u Nq uN KC Dũng in DC-AC iL* iNd iNq * iNd ữ iN e j iN uDC KC uDC p * ESS u *DC * pWT T HT K h PSG * QESS Hỡnh 4.1 Cu trỳc iu khin tng th thit b kho in 14 uN PLL abc iN 4.2 iu khin b bin i DC-AC 4.2.1 Khõu iu chnh dũng in Xut phỏt t mụ hỡnh giỏn on ó thu c chng trc, mc tiờu thit k khõu iu chnh dũng vi ỏp ng dead-beat v m bo tỏch kờnh gia hai thnh phn dũng in thỡ mụ hỡnh khõu iu chnh dũng cú dng nh (4.5) R IN I z1N (4.5) z2 u b iu khin uN c tớnh nh (4.6), (4.7) vi cỏc quy c nh (4.8) u Nd (k u Nq (k yNd (k ) xTd (k ) yNq (k ) xTq (k ) 1) LD yNd (k ) T T eNd (k LD 1) 1) LD yNq (k ) T T eNq (k LD 1) N T xTd (k 1) TD TxTd (k 1) N (4.6) TxNq (k 1) y Nd (k 2) (4.7) T xTq (k 1) TD y Nq (k 2) * * x T xTd jxTq ; xTd iTd iTd ; xTq iTq iTq (4.8) y N yNd jyNq B iu khin c tng hp theo kiu Dead-beat cho phộp kim soỏt cỏc thnh phn dũng in bỏm chớnh xỏc theo giỏ tr t vi ng hc nhanh l c s iu khin n nh in ỏp mt chiu trung gian thụng qua thnh phn dũng in iNd Thnh phn dũng in iNq bỏm ui theo giỏ tr t GridCodes quy nh 4.2.2 iu khin in ỏp DC-link Quỏ trỡnh np l quỏ trỡnh hỳt cụng sut t li v siờu t, in ỏp DC link s suy gim tc thi; v ngc li quỏ trỡnh siờu t x nng lng, in ỏp DC link s dõng lờn tc thi Kim soỏt c s n nh ca in ỏp DC link chớnh l kim soỏt s cõn bng ca quỏ trỡnh trao i nng lng in ỏp uDC c n nh cu trỳc iu khin phớa DC-AC Cu trỳc tng hp b iu khin nh Hỡnh 4.4 vi = l bin iu khin, pSC l nhiu tỏc ng n h thng pSC * * d i PI id 1 2TRI s u Nd sC Hỡnh 4.1 S cu trỳc tng hp b iu khin in ỏp DC-link Theo [5], thc hin tng hp b iu khin s dng phng phỏp ti u i xng cho i tng ta thu c b iu khin PI vi cỏc tham s nh sau: GRUdc (s) k pu Tu s (4.14) C k pu ; Tu 8Tt k 4Tt 15 4.3 iu khin b bin i DC-DC T vic phõn tớch ch lm vic ca DC-DC dn ti mụ hỡnh ó c dn dt v chng minh tớnh ỳng n Chng Trong lun ỏn ny, tỏc gi s s dng hai phng phỏp thit k iu khin: 1) iu khin tuyn tớnh vi cu trỳc b iu khin PI trờn c s mụ hỡnh tuyn tớnh húa quanh im lm vic 2) iu khin phi tuyn s dng lý thuyt n nh Lyapunov trờn c s mụ hỡnh phi tuyn 4.3.1 iu khin tuyn tớnh Khi thit k b iu khin dũng in, ta cú th gi thit bin ng ca in ỏp trờn t l chm hn rt nhiu so vi dũng in chy qua cun cm Thờm vo ú, gi s b iu khin n nh in ỏp trờn DC-link cu trỳc iu khin ca DC-AC phỏt huy hiu qu thỡ uDC s c trỡ l hng s Hm truyn t gia dũng in chy qua cun cm v h s iu ch nh sau: K IiL (4.1) GCiL (s) K PiL s Tham s ca b iu khin c la chn da trờn ỏp ng mong mun ca h kớn trờn thi gian i vi h bc hai v h s suy gim (Damping ratio) v tn s dao ng t nhiờn (Undamped natural frequency) nh (4.2) K IiL n a K PiL (4.2) tan( ) (3o 5o ) 4.3.2 iu khin phi tuyn 4.3.2.1 Cỏc bc thit k H cú c im phi tuyn cu trỳc, quỏ trỡnh thit k iu khin phi tuyn tỏc gi t hai trng hp gi thit liờn quan n tham s ca mụ hỡnh: - Gi thit cỏc tham s in cm L v in dung C khụng thay i sut quỏ trỡnh hot ng ca h (tham s l hng s) - Gi thit cỏc tham s in cm L v in dung C b bin i nh theo thi gian hoc sai s ch to gia giỏ tr thc v giỏ tr danh nh (tham s bt nh) f) Trng hp tham s L v C l hng s Gi sai lch gia bin trng thỏi x1 v giỏ tr t iLref l z1 z1 x1 iLref (4.3) Hm c gi l hm n nh húa (Stabilizing function) RL u x1 SC iLref k1z1 d L L (4.28) Gi sai lch gia giỏ tr tht ca bin trng thỏi vi giỏ tr mong mun l z2 nh (4.33) z2 x2 L T ú xỏc nh tớn hiu iu khin thc chớnh l hm iu ch nh (4.41) k1 dz2 k1z1 iinv d x1d d R R u u d z1 dk2 z2 L LC LC L x1 x2 d SC SC iLref L L L L L g) Trng hp tham s L v C bt nh 16 (4.31) (4.39) , Gi s giỏ tr thc sai khỏc so vi t L=1/L v C=1/C; Gi giỏ tr c lng online l giỏ tr c lng theo biu thc (4.45) L L L C C C (4.43) Gi sai lch gia x1 v iLref l z1: z1 x1 iLref (4.45) Hm c gi l hm n nh húa (Stabilizing function) iLref L usc k1z1 d (4.52) L Gi sai lch x2 v l z2: z2 x2 (4.53) T ú xỏc nh tớn hiu iu khin thc chớnh l hm iu ch nh sau: d k2 z2 L C iinv dx1 L dz1 d L iLref u L d z dx2 L sc z dx2 L k1z1 usc usc (4.63) usc 4.4 Kt lun chng Ni dung Chng trỡnh by nhng cu trỳc iu khin cho cỏc b bin i cụng sut DC-AC v DC-DC Cu trỳc iu khin DC-AC thun tỳy l dng nhng t tng ca cỏc cụng trỡnh nghiờn cu trc õy Vn iu khin DC-DC ỏp dng hai phng phỏp thit k: Thit k tuyn tớnh ti u tham s cho cu trỳc b iu khin PI v thit k thut toỏn iu khin phi tuyn theo lý thuyt n nh Lyapunov (4.39), (4.63) S kt hp gia cỏc b iu khin DC-AC v b iu khin phi tuyn cho DC-DC hỡnh thnh lờn cu trỳc iu khin tng th cho h SCESS l úng gúp ca tỏc gi iu khin SCESS, l im phỏt trin so vi cỏc cụng trỡnh nghiờn cu trc õy [42, 65, 72, 83, 113], [40, 41, 73, 80-82, 94, 124, 125] Ni dung Chng c tỏc gi cụng b cụng trỡnh s [5], [6], [7] KT QU Mễ PHNG V TH NGHIM Nhng kt qu mụ phng trờn phn mm MATLAB/Simulink s c trỡnh by chng ny kim tra nhng hiu qu n nh ngn hn cụng sut tỏc dng u turbine PSG h thng in c o ngun phỏt hn hp giú diesel vi cu trỳc iu khin SCESS ó xut Chng Thờm vo ú, kt qu mụ phng thi gian thc trờn nn tng DSP dSPACE DS1104 v cỏc kt qu thớ nghim trờn mụ hỡnh kho in s dng siờu t BMOD0058 E016 B02 (58F/16V/19A) c xõy dng phũng thớ nghim ti Vin K thut iu khin v T ng húa H Bỏch khoa H Ni kim chng kh nng trao i cụng sut hai chiu vi li xoay chiu ba pha cng c trỡnh by chng ny 5.1 Mụ phng Offline 5.1.1 Tham s mụ phng Trong thc t, h thng in c o ngun phỏt hn hp giú diesel cú th bao gm mt vi trm phỏt diesel kt hp vi mt vi turbine PSG Tuy nhiờn kh nng tớnh toỏn ca mỏy tớnh m tỏc gi thc hin mụ phng ch thc hin c chng trỡnh mụ phng vi mt trm phỏt diesel, mt h PSG s dng PMG v thit b kho in SCESS (kho sỏt ng hc chi tit ca tt c cỏc tng iu khin ca cỏc thnh phn h thng) vi thi gian mụ phng hn ch Trong lun ỏn ny, tỏc gi mụ phng RAPS ch bao gm hai ngun phỏt: h phỏt in diesel cú cụng sut 60 kVA v h phỏt 17 in sc giú vi cụng sut 20 kVA Loi mỏy phỏt PMG cụng sut 20kW c la chn mụ phng tham s y v tin cy ca h PSG cú th tỡm thy ngun ti liu thuc ti KC.05.20CN c thc hin ti Trung tõm Nghiờn cu trin khai cụng ngh cao (nay l Vin K thut iu khin v T ng húa) H Bỏch khoa H Ni 5.1.2 Kho sỏt nh hng ca h phỏt in sc giú n h thng in c o 5.1.2.1 Kch bn mụ phng Tỏc gi s dng profile giú nh minh trờn Hỡnh 5.17 l d liu thu c t mụ hỡnh to giú ngu nhiờn c nghiờn cu v phỏt trin bi phũng thớ nghim quc gia v nng lng tỏi to thuc i hc k thut an mch H thng WDHPS c kim chng vi kch bn thay i ti cú th chia thnh hai giai on: Giai on kim tra phn ng ca h thng vi ti thay i v giú bin ng (t thi im bt u mụ phng n thi im t=27 giõy) o H thng bt u lm vic vi ti S1=20+j0 kVA o Thi im t=7 giõy, tip tc úng ti S2=10+j0 kVA o Thi im t=17 giõy, úng ti S3=10+j5 kVA o Thi im t=27 giõy, ti S3 ngt h thng Giai on kim tra phn ng ca h thng ti n nh (S1+S2) v giú bin ng (t thi im t=27 giõy n kt thỳc quỏ trỡnh mụ phng t=60 giõy) 9.5 8.5 vWind [m/s] 7.5 6.5 5.5 10 20 30 Thời gian [s] 40 50 60 Hỡnh 5.17 Profile giú c s dng quỏ trỡnh mụ phng CÔNG SUấT tác dụng CáC NGUồN PHáT TRONG RAPS 50 TầN Số LƯớI 52 45 PDG PWT 50 40 f [Hz] PLoad 35 46 44 30 P [kW] 48 10 20 30 40 50 60 50 60 25 SAI Số TƯƠNG ĐốI CủA TầN Số LƯớI 20 15 f [%] 10 10 5 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian [s] Hỡnh 5.20 Cỏc thnh phn cụng sut HT in c o ngun phỏt hn hp Wind-Diesel 18 0 10 20 30 40 Thời gian [s] Hỡnh 5.21 Tn s li HT in c o ngun phỏt hn hp Wind-Diesel Khi cú s tham gia ca ngun phỏt sc giú WT, cụng sut tỏc dng huy ng t ngun phỏt diesel c gim xung nh th hin trờn Hỡnh 5.20 Tuy nhiờn, n nh tn s h thng lỳc ny li khụng cũn c m bo nh trờn Hỡnh 5.21: tn s li liờn tc bin ng c khụng cú s thay i ti Hin tng ny xy l s bin ng liờn tc ca ngun phỏt sc giú gõy s mt cõn bng liờn tc gia ngun phỏt v ph ti Núi cỏch khỏc, h thng luụn lm vic trng thỏi ng, mt cõn bng ngn hn Nh vy, cht lng in nng khụng c m bo, cn phi khc phc hin tng mt cõn bng ngn hn ú bng gii phỏp s dng thit b kho in s c th hin sau õy 5.1.3 Mụ phng ng hc h thng in c o tớch hp vi cu trỳc iu khin tuyn tớnh ca thit b kho in CÔNG SUấT tác dụng CáC NGUồN PHáT TRONG RAPS TầN Số LƯớI 50 55 PDG 40 PWT P ESS 30 P 45 40 20 10 20 30 40 50 60 SAI Số TƯƠNG ĐốI CủA TầN Số LƯớI 10 -10 -20 WT-DG ESS-WT-DG 50 Frequency [%] P [kW] WT&ESS Frequency [Hz] PLoad 10 20 30 40 50 0 60 WT-DG ESS-WT-DG 10 20 Thời gian [s] Hỡnh 5.25 Tỏc dng lc cụng sut WT ca SCESS vi cu trỳc K tuyn tớnh 30 Thời gian [s] 40 50 60 Hỡnh 5.26 Hiu qu n nh tn s li cú tớch hp SCESS vi cu trỳc K tuyn tớnh Mc tiờu n nh ngn hn cụng sut u ca turbine PSG ó c m bo, tn s li ó c gi n nh phm vi cho phộp nh th hin trờn Hỡnh 5.25, Hỡnh 5.26 Tuy nhiờn, cht lng ca quỏ trỡnh iu khin cũn tn ti ca quỏ trỡnh o chiu dũng cụng sut Quỏ trỡnh o chiu dũng cụng sut lm thay i liờn tc im cụng tỏc ca h thng ú b iu khin PI c tng hp ch ti u cho mt im cụng tỏc Do ú, dũng in phúng np siờu t b p mch ln chuyn trng thỏi, xut hin nhng giỏ tr gai nhn, in ỏp mt chiu trung gian khụng c thc s bng phng lm cho quỏ trỡnh iu khin vector dũng in phớa DC-AC mc dự thc hin c nhng quỏ trỡnh o pha ca dũng in khụng trn tru 5.1.4 Mụ phng ng hc h thng in c o tớch hp vi cu trỳc iu khin phi tuyn ca thit b kho in CÔNG SUấT tác dụng CáC NGUồN PHáT TRONG RAPS TầN Số LƯớI 50 55 PDG 40 PWT PESS 30 P 50 45 40 20 20 30 40 50 60 50 60 -10 -20 10 SAI Số TƯƠNG ĐốI CủA TầN Số LƯớI 10 Frequency [%] P [kW] WT&ESS Frequency [Hz] PLoad 10 20 30 Thời gian [s] 40 50 Hỡnh 5.34 Tỏc dng lc cụng sut WT ca SCESS vi cu trỳc K phi tuyn 60 0 10 20 30 Thời gian [s] 40 Hỡnh 5.35 Hiu qu n nh tn s li cú tớch hp SCESS vi cu trỳc K phi tuyn Vi cu trỳc iu khin phi tuyn ny, mc tiờu iu khin cp b bin i (cp iu khin thit b) i vi c hai b bin i DC-DC v DC-AC c kim soỏt chớnh xỏc hon ton l iu kin cú th ỏp t i lng cụng sut tỏc dng cp iu khin h thng (thut toỏn xỏc nh lng t cụng sut) mt cỏch ch ng, chớnh xỏc nh minh trờn Hỡnh 5.340 SCESS ó tham gia h tr n nh ngn hn cụng sut u ca turbine PSG em li hiu qu n nh tn s li c th 19 hin trờn Hỡnh 5.35 Tn s li c gi n nh biờn phự hp vi mt s tiờu chun ó nờu Chng Cỏc kt qu trờn em li cm nhn trc giỏc v cht lng iu khin ca cu trỳc iu khin SCESS s dng b iu khin phi tuyn l tt hn so vi s dng b iu khin tuyn tớnh Lý gii cho nhng hiu qu ú n t hiu qu iu khin ca b iu khin phi tuyn i vi thnh phn dũng in phúng/np siờu t SCESS Trong quỏ trỡnh o chiu dũng cụng sut: dũng in phúng/np siờu t ó bỏm tuyt i chớnh xỏc theo giỏ tr t, khụng xy nhng bin ng gai nhn (p mch ln); in ỏp mt chiu trung gian khụng cú hin tng p mch, luụn m bo giỏ tr nh mc Kt qu l quỏ trỡnh o chiu dũng cụng sut din hon ton trn tru 5.1.5 Nhn xột kt qu mụ phng C hai b iu khin tuyn tớnh v phi tuyn u bỏm chớnh xỏc theo lng t nhng cht lng ng hc khỏc nh th hin Bng 5.4 B iu khin tuyn tớnh cho cht lng iu khin thp hn gi thit (4.16) khụng tha hon ton, in ỏp DC-link ch tr li n nh sau mt khong thi gian nht nh tỏc ng t phớa DC-AC Trỏi li, b iu khin phi tuyn m bo iu kin GAS i vi sai lch ca i lng iu khin iL ton b khụng gian trng thỏi nờn cht lng iu khin m bo in ỏp mt chiu trung gian uDC bin ng quỏ trỡnh tr li trng thỏi n nh Cu trỳc iu khin SCESS s dng b iu khin PI cho DC-DC ó ỏp ng c cỏc mc tiờu iu khin nhng cht lng cha tt, dũng in phúng/np siờu t b p mch ln, xut hin rt nhiu nhng thnh phn gai dũng in, c bit l nhng thi im o chiu dũng cụng sut B iu khin PI c tng hp da trờn mụ hỡnh tuyn tớnh húa ca i tng quanh mt im lm vic Vỡ vy, b iu khin PI thiu tớnh bn vng ti (iinv) v im lm vic ca DC-DC luụn luụn thay i Cu trỳc iu khin SCESS s dng b iu khin phi tuyn cho DC-DC m bo h n nh (tỏc ng iu khin bỏm) trờn ton b khụng gian trng thỏi Do ú, dũng in phúng/np t luụn bỏm chớnh xỏc theo giỏ tr t, khụng xut hin trng thỏi bt thng (gai nhn) lm cho quỏ trỡnh trao i cụng sut din trn tru th hin in ỏp mt chiu trung gian khụng cũn hin tng p mch Cỏc kt qu thu c cho thy hiu qu rừ rt ca n nh ngn hn cụng sut u ca WT dn ti n nh tn s li sau tớch hp SCESS vo WDHPS 5.2 Mụ phng thi gian thc dSPACE Simulator l mt h thng tớnh toỏn hiu nng cao c s dng rng rói mụ phng thi gian thc v mụ phng HIL (Hardware-in-the-loop), em li rt nhiu u th vic phỏt trin v tớch hp h thng dSPACE h tr y mụi trng Matlab/Simulink Cỏc mụ hỡnh ó xõy dng trờn Simulink c biờn dch thnh file C/C++ v thc thi ti vi x lý thi gian thc ca dSPACE thụng qua giao tip MLIB/MTRACE Trong lun ỏn ny, h thng mụ phng thi gian thc s dng Board DS1104 Chng trỡnh mụ phng SCESS trờn ControlDesk cho phộp quan sỏt v lu li ton b tham s ca quỏ trỡnh thc thi Kt qu mụ phng ca quỏ trỡnh trao i nng lng gia SCESS vi li c th hin trờn Hỡnh 5.41 Cỏc kt qu nhn c trờn ControlDesk tng ng vi kt qu mụ phng trờn mụi trng Matlab/Simulink chng t kh nng trin khai ca cu trỳc iu khin SCESS trờn nn tng DSP 5.3 H thng thớ nghim 5.3.1 Xõy dng mụ hỡnh thớ nghim thit b kho in Kh nng thit lp mt h thng hon chnh h thng in c o RAPS l bt kh thi nhng iu kin khỏch quan thuc v yu t t nhiờn nh giú, hay nhng yu t ch quan liờn quan n hin trng c s vt cht ti c s o to Do ú, tỏc gi ch xõy dng mt h thng thớ nghim SCESS phc v kim chng kh nng trao i cụng sut hai chiu vi li in xoay chiu pha nh minh trờn Hỡnh 5.43 Cỏc thnh phn nh h phỏt in sc giú PMG, t hp phỏt in diesel s khụng cú mụ hỡnh thớ nghim ca lun ỏn ny H thng iu khin SCESS c tỏch thnh hai h thng nh: 20 Cu trỳc iu khin DC-AC c ci t vo DSP TMS320F28335 phỏt xung úng/m ng thi van IGBT ca mch DC-AC DSP TMS320F28335 c lp trỡnh bng trỡnh biờn dch Code Composer Studio v np chng trỡnh cho DSP qua cng JTAG thụng qua Emulator XDS510 giao tip USB vi mỏy tớnh D liu ca quỏ trỡnh iu khin c truyn v PC qua cng USB Cu trỳc iu khin DC-DC c thc hin trờn phn mm ControlDesk ghộp ni vi DC-DC thụng qua Board dSPACE DS1104 Hỡnh 5.41 Kt qu mụ phng vi dSPACE DS1104 DS1104 CONNECTOR Osiloscope Power supply 3PVSC Measurements Supercaps NBDC 3PVSC Line Filter DSP C2000 NBDC Measurements Hỡnh 5.43 Hỡnh nh thit b thớ nghim SCESS 21 5.3.2 Kt qu thớ nghim Cỏc kt qu thc nghim sau õy nhm mc ớch chng minh kh nng trao i cụng sut hai chiu gia SCESS vi li in xoay chiu pha Dũng in phúng np t l tớn hiu ch o quyt nh chiu dũng cụng sut trao i vi li: - iL>0 tng ng vi quỏ trỡnh siờu t np nng lng t li thụng qua hai tng cụng sut; - iL