Tên luận án:
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHO CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC MỘT CHIỀU VÀ HAI CHIỀU ỨNG DỤNG TRONG LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ
Ngành:
Kỹ thuật điện tử
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung vào việc nâng cao hiệu suất của các bộ biến đổi DC-DC một chiều và hai chiều, ứng dụng trong lưới điện siêu nhỏ. Nhận thấy các hệ thống lưới điện phân phối hiện đại kết hợp nhiều nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, gió, thủy điện thường chịu tổn hao trong quá trình chuyển đổi năng lượng qua các bộ biến đổi DC-DC tăng áp, luận án đặt ra hai vấn đề nghiên cứu cấp thiết: phát triển hệ thống song song kết nối trên đường dây DC để tăng hiệu suất năng lượng tái tạo và cải thiện hiệu suất của khâu biến đổi DC-DC.
Mục tiêu chính của luận án là đề xuất giải pháp nâng cao hiệu suất cho bộ biến đổi tăng áp DC-DC lên đến 400VDC, sử dụng máy biến áp kết hợp các chuyển mạch mềm nhằm phục hồi năng lượng với chi phí tối ưu. Nghiên cứu cũng hướng tới việc đề xuất các giải pháp mạch lực để tăng hiệu suất cho bộ biến đổi DC-DC một hướng trong lưới điện siêu nhỏ dùng nguồn năng lượng tái tạo, đồng thời tối ưu cấu trúc mạch cho bộ biến đổi DC-DC hai hướng linh hoạt ứng dụng trong cùng môi trường.
Đối tượng nghiên cứu bao gồm quá trình biến đổi năng lượng DC-DC, các hệ thống điện song song siêu nhỏ, và các giải pháp về chuyển mạch mềm cùng cấu trúc mạch cho bộ biến đổi DC-DC tích hợp đa nguồn và tải linh hoạt. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào bộ biến đổi DC-DC một hướng và hai hướng hiệu suất cao, linh hoạt, dùng trong lưới điện siêu nhỏ độc lập hoặc nối lưới với nguồn năng lượng tái tạo.
Về mặt khoa học, luận án đã đề xuất sơ đồ kết cấu mạch lực cho bộ biến đổi DC-DC một chiều và hai chiều, cải tiến từ các bộ biến đổi cơ bản như Boost, Flyback, Push-Pull để đảm bảo các yếu tố như đơn giản, đa chức năng, hiệu suất cao và thông số nối lưới DC siêu nhỏ. Giải pháp tích hợp mạch điện tử và chuyển mạch mềm cũng được đề xuất để nâng cao hiệu suất và khả năng hoạt động đa chức năng, đặc biệt trong hệ thống nối lưới DC siêu nhỏ có lưu trữ. Về thực tiễn, việc sử dụng chuyển mạch mềm phục hồi năng lượng giúp giảm tổn hao đáng kể, góp phần tiết kiệm năng lượng và tăng tính liên tục, ổn định cho lưới điện siêu nhỏ. Hướng phát triển tiếp theo là tích hợp công nghệ IoT để giám sát và điều khiển hiệu quả hơn.
Mục lục chi tiết:
-
MỞ ĐẦU
- 1. Tính cấp thiết của đề tài
- 2. Mục tiêu của luận án
- 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- 4. Nội dung nghiên cứu
- 5. Phương pháp nghiên cứu
- 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- 7. Bố cục của luận án
-
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BBĐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TÁI TẠO
- 1.1 HIỆN TRẠNG VỀ CÔNG NGHỆ CỦA CÁC BBĐ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TÁI TẠO
- 1.1.1 Các khóa điện tử bán dẫn công suất và ứng dụng
- 1.1.2 Điện tử công suất và bộ biến đổi điện tử công suất
- 1.1.3 Xu thế phát triển của các bộ biến đổi điện tử công suất
- 1.1.4 Xu thế phát triển của các khóa điện tử bán dẫn công suất
- 1.2. CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ NÓI LƯỚI
- 1.2.1 Các dạng cấu trúc lưới điện siêu nhỏ
- 1.2.2 Bộ chuyển đổi nguồn DC-DC cho các hệ thống năng lượng tái tạo
- 1.2.3 Bộ chuyển đổi DC-DC nhiều cấp hai hướng [42]
- 1.2.4 Bộ chuyển đổi công suất 2 pha không cảm biến hai hướng xen kẽ bộ chuyển đổi DC-DC cho ứng dụng xe lai (hybrid) [38]
- 1.2.5 Bộ chuyển đổi DC-DC hai hướng với đầu ra kép, đầu vào đơn [40]
- 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
-
CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHUYỂN ĐỔI CHO CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC SỬ DỤNG MÁY BIẾN ÁP
- 2.1. CƠ SỞ NÂNG CAO HIỆU SUẤT CỦA BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC
- 2.1.1 Hiệu suất và tổn thất điện năng trong bộ biến đổi
- 2.1.2 Điều khiển và điều chế
- 2.1.3 Tổn thất dây dẫn và chuyển mạch
- 2.1.3.3 Tổn thất điện năng của khóa chuyển mạch
- 2.1.4 Tổn thất đồng
- 2.1.4.1 Tổn thất cuộn dây đồng
- 2.1.4.2 Tổn thất dòng điện xoáy
- 2.1.4.3 Tổng tổn thất cuộn dây đồng
- 2.1.5 Tổn thất lõi thép trong máy biến áp
- 2.1.5.1 Tổng tổn thất lõi máy biến áp
- 2.1.5.2 Tổn thất lõi Ferrite do từ trễ
- 2.1.5.3 Tổn thất còn lại
- 2.2. PHƯƠNG PHÁP GIẢM TỔN THẤT CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG BỘ BIẾN ĐỔI
- 2.2.1 Phương pháp nâng cao hiệu suất của máy biến áp tần số cao trong BBĐ DC-DC
- 2.2.1.1 Tính toán điện cảm rò rỉ cho sự phân bổ mạch từ
- 2.2.1.2 Chọn tần số thích hợp cho điện kháng rò rỉ
- 2.2.1.3 Kết quả và thảo luận
- 2.2.2 Phương pháp sử dụng chuyển mạch mềm trong cấu trúc bộ biến đổi DC-DC
- 2.2.2.1 Chuyển mạch mềm
- 2.2.2.2 Cấu trúc chuyển mạch mềm
- 2.2.2.3 Bộ biến đổi kẹp chủ động
- 2.2.2.4 Bộ biến đổi Push-Pull ZVS
- 2.2.2.5 Các vấn đề liên quan đến việc đạt được ZVS trong bộ biến đổi Push-Pull
- 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
-
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CÁC BBĐ DC-DC LINH HOẠT VÀ ĐA CHỨC NĂNG
- 3.1 GIẢI PHÁP BỘ BIẾN ĐỔI PUSH-PULL RS
- 3.1.1 Chế độ làm việc của bộ biến đổi Push-Pull RS
- 3.1.2 Kết quả mô phỏng và thảo luận
- 3.1.3 Ảnh hưởng của điện áp tụ C1 đến hiệu suất của bộ Push-Pull RS
- 3.2 GIẢI PHÁP KẾT HỢP HAI BỘ BIẾN ĐỔI BOOST VÀ FLYBACK (BF)
- 3.2.1 Bộ biến đổi Boost-Flyback có mạch phục hồi năng lượng (BF-RS)
- 3.2.2 Hoạt động của bộ chuyển đổi
- 3.2.3 Kết quả và thảo luận
- 3.2.3.1 Các kết quả mô phỏng
- 3.3. GIẢI PHÁP MẠCH KẾT HỢP CHO BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC LINH HOẠT CÔNG SUẤT NHỎ CHO NGUỒN PHÂN TÁN
- 3.3.1 Bộ biến đổi DC-DC hai hướng 3 cổng (BTG) với 4 khóa chuyển mạch
- 3.3.1.1 Nguyên lý bộ biến đổi BTG
- 3.3.1.2 Chế độ điều khiển cho bộ DC-DC
- 3.3.1.3 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm
- a. Kết quả mô phỏng
- b. Kết quả thực nghiệm
- 3.3.2 Giải pháp bộ biến đổi 3 cổng 3 KĐTBD
- 3.3.2.1 Cấu trúc của bộ biến đổi đề xuất
- 3.3.2.2 Kịch bản vận hành
- 3.3.2.3 Chiến lược kiểm soát
- 3.3.2.4 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm
- 3.4. THẢO LUẬN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
- 3.4.1. Bộ biến đổi DC-DC chuyển đổi năng lượng một hướng
- 3.4.2. Bộ biến đổi DC-DC chuyển đổi năng lượng hai hướng
- 3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
-
KẾT LUẬN CHUNG
-
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ