Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 Cơ sở lý thuyết điều khiển và mô tả toán học các bộ biến đổi

2 Cơ sở lý thuyết điều khiển và mô tả toán học các bộ biến đổi

Tải bản đầy đủ - 0trang

Rdc, Ldc

+

Cpv



PVg



Diode



B



SW



DCbus



+



Cdc



Vdc



-



-



Hình 3. 6 Sơ đồ cấu tạo mạch lực BBĐ DC/DC boost



Sơ đồ mạch tương đương BBĐ DC/DC boost tương ứng với trạng thái đóng

cắt được mơ tả như trên hình 3.7.

Rdc, Ldc



ipv

+



iC



ipv



+



Rdc, Ldc



iL



iC



Cpv



Cdc



PVg



Vdc



-



DCbus



+

iL

Cpv



PVg



+



Cdc



Vdc



-



-



-



a. SW on



b. SW of



Hình 3.7 Sơ đồ mạch tương đương trạng thái đóng cắt BBĐ DC/DC boost



Trong đó: iC là dòng điện qua tụ Cpv đặt ở đầu vào BBĐ DC/DC.

Viết phương trình Kirchhof 1 và 2 cho mạch trong trường hợp SW on và SW

of thu được phương trình (3.12) và (3.13):

v



diL



L

pv



(3.12)



(1u)V

dc



dc



dt



i pv Cpv



dvpv

dt



(3.13)



iL



Sơ đồ mạch tương đương trạng thái trung bình kết hợp tín hiệu nhỏ của

BBĐ DC/DC boost được mơ tả như trên hình 3.8 [89], [105].

Rdc, Ldc



~i

pv



~v



PVg



pv



- +



i

L



Vpvd~



i



1/(1-D)



2



i d

2



Vdc



Cpv

Cdc



Hình 3.8 Sơ đồ mạch tương đương ở trạng thái tín hiệu nhỏ BBĐ DC/DC boost



Mối quan hệ của các đại lượng ở trạng thái ổn định với trạng thái tín hiệu

nhỏ được mô tả bởi (3.14) [46], [56], [60], [62]:

 vpv Vpv vpv



d

 D d





ipv Ipv ipv





iL IL iL



 Vpv (1D)Vdc Rdc IL



(3.14)



Sử dụng định luật Kirchhof viết cho mạch vòng phía DCbus và tại nút B, có

phương trình (3.13) và (3.15):

R i L

dc L



dc



diL



v



dt



pv



(1d)

V



(3.15)

dc



3.3 Điều khiển khai thác điểm công suất cực đại của nguồn pin mặt trời theo

mơ hình đầy đủ ở điều kiện vận hành bất kỳ

3.3.1 Phương pháp IB-SMC

3.3.1.1 Nguyên lý chung của phương pháp IB-SMC

Trong chương 2, các thông số tại MPP (Vmpp, Pmpp) ở điều kiện vận hành bất

kỳ tương ứng với cặp giá trị (G, T) đã được xác định nhờ kỹ thuật IB. Sử dụng cấu

trúc điều khiển như đã mơ tả trên hình 3. 1, phương pháp IB-SMC là sự kết hợp

giữa kỹ thuật IB với kỹ thuật SMC để điều khiển BBĐ DC/DC. Thơng qua việc lựa

chọn mặt trượt h=0, tín hiệu điều khiển tương đương ueq sẽ được xác định, qua

đó giúp thiết lập xung điều khiển CS1 gửi đến SW đặt trong BBĐ DC/DC nhằm

di chuyển điểm vận hành hiện thời đến đích mref mong muốn mới (MPP mới).

Với nguyên tắc trên, cấu trúc điều khiển theo PVg theo phương pháp IB-SMC được

mơ tả như trên hình 3. 9.



BBĐ DC/DC

PVg

vpv ipv



G

h=0

T



MPPT

mref

(kỹ thuật IB)



Mặt trượt



iC



Cpv



Bộ điều khiển ueq

IB-SMC



SW

CS1



DCbus



Bộ phát

xung



Hình 3. 9 Cấu trúc điều khiển PVg theo phương pháp IB-SMC



Với kỹ thuật SMC trong bài toán điều khiển BBĐ DC/DC, việc lựa chọn mặt

trượt h=0 phải căn cứ vào đặc điểm của BBĐ DC/DC (được mơ tả bởi hệ phương

trình trạng thái). Trong đó, ueq phải có chứa mối tương quan ipv/iL với BBĐ DC/DC

buck hoặc phải có chứa mối tương quan (Vdc – vpv)/Vdc với BBĐ DC/DC boost

(chính là đại lượng đặc trưng cho hệ số điều chế độ rộng xung D ở trạng thái

ổn định). Các nhận định này sẽ giúp lựa chọn mặt trượt phù hợp với đối tượng PVg

khi sử dụng BBĐ DC/DC buck hay BBĐ DC/DC boost. Tương ứng với sự khác nhau

của mặt trượt được lựa chọn, thơng tin về mref trích xuất từ MPPT (sử dụng kỹ

thuật IB) cũng khác nhau. Cụ thể, mref được chọn là giá trị Pmpp với BBĐ DC/DC

buck hoặc giá trị Vmpp với BBĐ DC/DC boost. Mặt khác, giá trị của các hệ số trong

mặt trượt cũng có ảnh hưởng đến hiện tượng chattering gây tổn hao năng

lượng khi điểm làm việc luôn dao động quanh mặt trượt – một đặc điểm của kỹ

thuật SMC. Vì vậy, cần phải lựa chọn giá trị của các hệ số trong mặt trượt luôn luôn

thay đổi trong các điều kiện vận hành khác nhau để hạn chế hiện tượng

chatterring.

Khi kết hợp kỹ thuật SMC và kỹ thuật IB, các giá trị vận hành mong muốn (tại

MPP) đã được xác định trước và được coi là khơng đổi trong q trình đưa

điểm vận hành hiện thời về MPP. Đây cũng chính là sự khác biệt giữa phương

pháp IB-SMC với sự kết hợp giữa kỹ thuật SMC và các kỹ thuật tìm MPP trước đây.

3.3.1.2 Phương pháp IB-SMC cho BBĐ DC/DC buck Hệ

phương trình trạng thái

Viết lại hệ phương trình (3.8) về hệ phương trình trạng thái (3.16):







V

R

x

x  dc  dc x  2 u

 1

Ldc Ldc 1 Ldc





 x

i

x

2  pv − 1 u





Cpv Cpv



trong đó:



(3.16)



x= [x1 x2] = [iLvpv] là vectơ trạng thái,

R

 Vdc





 dc x



1



Ldc

L

được gọi là trường vectơ trôi,

f (x)  dc

i





pv





Cpv







 x 2 





g(x)  Ldc được gọi là trường vectơ điều khiển.



 x1 







 Cpv



Mặt trượt

Với BBĐ DC/DC buck, đích cần đạt đến là giá trị cơng suất tại MPP nên chọn

mref = Pmpp, hàm số mô tả mặt trượt được xác định bởi (3.17):



hay



h x2ipv Pmpp K ai C

0



(3.17)



h x2ipv Pmpp K a (ipv x1)

0



(3.18)



trong đó:

Pmpp là công suất tại MPP cần đạt đến tại thời điểm xét (kết quả của

thuật toán IB và được coi là hằng số tại mỗi thời điểm tương ứng với cặp giá trị (G,

T)),

ipv là hàm của x2 (ipv=ipv(x2)),

Ka(W/A) là đại lượng đánh giá độ trượt của công suất theo dòng điện và có

ảnh hưởng đến dải trễ của đường đặc tính cơng suất.

Đạo hàm của mặt trượt theo thời gian được xác định bởi (3.19):



dh

=

dt



d x2 ipv Pmpp Ka (ipv x1)





dt



hx 2 di



dx1

dipv

dx2

ipv dt K dt K dt

dt

pv



a



hx



di pv

2



x

dx2



2



+i

x



a



pv 2



+K

x



a



di pv



(3.19)



K x



dx2



2



a 1



Sử dụng điều kiện (3.5) ta có các đường biên giới hạn vùng làm việc ổn định

trong quá trình trượt về điểm làm việc mới:

dipv





dx2



x +



dipv



2



  ipv

K i



a



dx 2



1







C







R

dc







K



C 



pv  







 V



x 







dc



a







Ldc



Ldc 



pv





dipv

x 

dx2



0



x



1



 Ldc



pv



x 2 



(3.20)







+ dipv K i  i pv

2

a

pv 

K

dx 2

Cp



− V dc  R dc x  0

a

1

L

L

 dc

dc





v



Tín hiệu điều khiển tương đương

Lgh(x) và Lfh(x) được xác định theo (3.21) và (3.22):



Lg h  T g(x)  K a

x





 Lx2 

dc







x1 

2







 Cpv 



ipv 



h



ipv x1

x



Lgh Ka



x



x2

Ldc



L h



 K

h f (x) 







1







i

Cpv



pv



x1





i



i pv

+x



x



ipv 



x2 



 Vdc Rdc 



x1 



Ldc Ldc



i



(3.21)



f



x









T



L h K



Vdc

x

Ldc



a



f



a



pv



1







2













pv



Cpv



Rdc  i pv

ipv 



x

+

 pv 1



1 i

Ldc

∂ 2

 C pv 















(3.22)



Từ (3.21) và (3.22), ueq (0 < ueq< 1) được xác định bởi (3.23):

ipv

Vdc Rdc 

x

i + 



x

K

 pv 1



a

1



x2 



Ld Ldc

x1

c

+x



ipv



i



x2

 pv 1 K



a

∂ 2

Cpv 

x

L



i pv 



ueq







Cpv



dc



(3.23)



Có thể thấy rằng mục tiêu xác định đúng mặt trượt để ueq có chứa mối

tương quan ipv/iL đã đạt được. Các thành phần còn lại trong biểu thức (3.23) biểu

diễn ueq có giá trị rất nhỏ nhưng đóng vai trò như thành phần dẫn trạng thái giúp

biến đổi giá trị của ueq của trạng thái hiện tại sang ueq của trạng thái mong muốn

phù hợp với sự biến đổi thông số trạng thái của BBĐ DC/DC buck cũng như của

PVg.

3.3.1.3 Phương pháp IB-SMC cho BBĐ DC/DC boost Hệ

phương trình trạng thái

Viết lại hệ phương trình (3.12) về hệ phương trình trạng thái (3.24):





x

x 2 Vdc Vdc

L

u

 1  Ldc

dc



ipv  x1

 x

2 



Cpv





trong đó:



(3.24)



x= [x1 x2] = [iLvpv] là vectơ trạng thái,

 x 2 Vdc 

 L



 được gọi là vec tơ trôi,

dc

f (x) 

i

x

 pv  1 





C

 pv



Vdc 

 

g(x)  L

 dc  là vec tơ điều khiển.

 0 



Mặt trượt

Với BBĐ DC/DC boost, chọn mref = Vmpp,hàm số mô tả mặt trượt được mô tả

bởi (3.25):



hay



h Kb (x2 Vmpp ) KciC

0



(3.25)



h Kb (x2 Vmpp ) Kc (ipv x1)

0



(3.26)



trong đó:

Vmpp là cơng suất tại MPP cần đạt đến tại thời điểm xét (kết quả của

thuật toán IB và được coi là hằng số tại mỗi thời điểm tương ứng với cặp giá trị (G,

T)),



ipv là hàm của x2 (ipv=ipv(x2)),

Kb là số thực đặc trưng cho dải trễ của mặt trượt,

Kc (V/A) là đại lượng đánh giá độ trượt của điện áp theo dòng điện [38].

Để trượt được về MPP, động học của chế độ trượt được mô tả trên

miền Laplace bởi (3.27) [38]:

dx 2



iC Cpv



dt

sC







Kb

x 

(x

pv 2

Kc



x2 (s)

Vmpp (s)



−V

2



)

mpp



1







(3.27)



KcCpv

1s K

b



Biểu thức (3.27) cho thấy để trượt được về MPP thì Kb và Kc phải cùng dấu.

Đạo hàm của mặt trượt theo thời gian được xác định bởi (3.28):

dh

dx1

dipv

dt K dx 2

c

K c

K

dt

dt

dt

b



hK

dipv dx



dx 2

b



K

dt



c



2



dx2 dt



K



x 2 Vdc Vdc







c

u

Ldc 

 Ldc



(3.28)



Sử dụng điều kiện (3.5) ta có các đường biên giới hạn vùng làm việc ổn định

trong quá trình trượt về điểm làm việc mới:

dipv 

 K K

dipv 

+K

i + Cpv K x 0

x



 b

 pv

c  

c

c 2

K 1 b

dx2 

L



dc

dx 2





dipv 

K + K a x

+K

i − Cpv K V

+ Cpv K x 0

 K

 pv

c

1  b

c

c dc

c 2

 b

L

dx

dc

2









(3.29)



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Cơ sở lý thuyết điều khiển và mô tả toán học các bộ biến đổi

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×