Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864 Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net Download luận văn thạc sĩ ngành điện tử với đề tài: Nghiên cứu bộ biến DC-DC bidrectional trong các hệ thống năng lượng tái tạo, cho các bạn tham khảo

1. EBOOKBKMT.COM
LỜI NÓI ĐẦU
Trong lĩnh vực kỹ thuật hiện đại ngày nay, việc chế tạo ra các bộ chuyển
đổi nguồn có chất lượng điện áp cao, kích thước nhỏ gọn cho các thiết bị sử dụng
điện là hết sức cần thiết. Quá trình xử lý biến đổi điện áp một chiều thành điện
áp một chiều khác gọi là quá trình biến đổi DC-DC. Một bộ nâng điện áp là một
bộ biến đổi DC-DC có điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào, nó thường được sử
dụng trong các hệ thống năng lượng tái tạo như hệ thống quang điện, hệ thống pin
nhiên liệu, để tăng điện áp đầu ra của các hệ thống này lên mức yêu cầu phù hợp.
Bộ biến đổi DC-DC hay được sử dụng ở mạch một chiều trung gian của thiết bị
biến đổi điện năng công suất vừa đặc biệt là các hệ thống phát điện sử dụng năng
lượng tái tạo (sức gió, mặt trời). Các bộ biến đổi DC-DC trong các hệ thống năng
lượng lưu trữ giúp cho các hệ thống năng lượng tái taọ khắc phục được các hạn chế
của nó. Cấu trúc mạch của bộ biến đổi vốn không phức tạp nhưng vấn đề điều
khiển nhằm đạt được hiệu suất biến đổi cao và đảm bảo ổn định luôn là mục tiêu
của các công trình nghiên cứu. Vì vậy em được bộ môn giao cho đề tài tốt nghiệp “
Nghiên cứu bộ biến DC-DC bidrectional trong các hệ thống năng lượng tái tạo”.
Đồ án gồm có 3 chương :
Chương 1 : Tổng quan về các hệ thống năng lượng tái tạo
Chương 2 : Nghiên cứu các bộ biến đổi DC-DC
Chương 3 : Tổng hợp bộ điều khiển cho các bộ biến đổi DC-DC
bidrectional
Trong quá trình nghiên cứu, với sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong
Bộ môn Điện tự động Công nghiệp đặc biệt là thầy giáo TH.S PHẠM TUẤN
ANH, cùng với sự nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành được đồ án này.
Sinh viên
Mai Đình Hiển
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
1

2. EBOOKBKMT.COM
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Sơ đồ khối chung trình bày về điện tử công suất kết hợp cùng với hệ thống
DE (distributed energy) trình bày trong hình 1.1. Các giao diện điện tử công suất
cho phép các nguồn điện từ các hệ thống phân phối năng lượng và biến đổi thành
các nguồn năng luợng có yêu cầu điện áp và tần số . Đối với các hệ thống dự trữ ,
năng luợng có thể chảy theo hai chiều giữa nguồn dự trữ và lưới. Hình 1.1 minh
họa hệ thống phân phối năng lượng bao gồm có bốn modul chính của giao diện
điện tử công suất. Nó bao gồm modul biến đổi nguồn đầu vào, một modul nghịch
lưu, modul đầu ra và modul điều khiển. Đường mũi tên một chiều thể hiện năng
lượng chỉ chảy theo một chiều còn đường mũi tên hai chiều cho thấy năng lượng
chảy theo hai chiều.
Việc thiết kế modul biến đổi nguồn đầu vào phụ thuộc vào đặc tính của
nguồn năng lượng hoặc của các ứng dụng dự trữ năng lượng. Hệ thống phân phối
năng lượng có đầu ra là xoay chiều thường có tần số thay đổi như các hệ thống
năng lượng sức gió, tuabin, hệ thống dự trữ bánh đà cần thiết phải có bộ biến đổi
AC-DC . Đối với các hệ thống có đầu ra là DC như hệ thống quang điện, pin nhiên
liệu, ắc quy thì cần thiết phải có một bộ biến đổi DC-DC để chuyển đổi điện áp DC
thành điện áp phù hợp. Modul nghịch lưu DC-AC là modul chung để chuyển đổi
điện áp một chiều DC thành điện áp AC phù hợp với lưới.
2

3. EBOOKBKMT.COM
nguon nang
luong
PV, gio, tua
bin ,pin nhien
lieu
he thong du tru
ac quy , banh
da
modul AC-DC
hoac DC-DC modul DC-AC
modul dau ra
luoi
tai
PCC
Modul dieu
khien
Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống điện tử công suất điển hình
1.2. HỆ THỐNG QUANG ĐIỆN
1.2.1. khái quát chung
Công nghệ quang điện liên quan đến việc chuyển đổi trực tiếp năng lượng
mặt trời thành năng luợng điên bằng phuơng pháp của một tế bào năng luợng mặt
trời . một tế bào năng luợng mặt trời thường được sản xuất bằng các thiết bị bán
dẫn như silicon tinh thể và hấp thụ ánh sáng mặt trời tạo ra điện thông qua một quá
trình hiệu ứng quang điện . hiệu quả của một tế bào năng lượng mặt trời được xác
định bởi khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện có thể sử
dụng được và thường là khoảng 10-15%. Do đó, để sản xuất số lượng đáng kể năng
lượng điện, các tế bào năng lượng mặt trời phải có diện tích bề mặt lớn.
Các tế bào năng lượng mặt trời thường được sản xuất riêng lẻ và kết hợp với nhau
thành các modul bao gồm từ 36 tới 72 tế bào, tuỳ thuộc vào điện áp và dòng điện
đầu ra của các modul. Các modul khác nhau về kích thước của nhà sản xuất , nhưng
thường là từ 0,5 đến 1m2
. và tạo ra khoảng 100W/m2
năng lượng trong điều kiện
tối đa cho 1 modul với hiệu suất khoảng 10% . Ngoài ra các modul cũng có thể
đuợc nhóm lại với nhau với khối lượng và cấu hình khác nhau (đuợc nói rõ ở phần
3

4. EBOOKBKMT.COM
sau) để tạo thành các mảng có đặc tính dòng điện và điện áp đặc trưng. Phân biệt
giữa modul và các mảng là rất quan trọng khi xem xét giao diện điện tử công suất.
Hình 1.2 trình bày các tấm PV (Photovoltaic) điển hình cấu thành mảng . Đối với
một hệ thống PV(Photovoltaic) điện áp DC đầu ra là 1 hằng số có độ lớn phụ thuộc
vào cấu hình mà trong đó các tế bào năng lượng mặt trời/modul được kết nối. mặt
khác , dòng điện đầu ra của hệ thống PV chủ yếu phụ thuộc vào bức xạ năng lượng
mặt trời sẵn có.yêu cầu chính của các giao diện điện tử công suất là việc chuyển đổi
điện áp DC được tạo ra thành điện áp AC thích hợp cho các hộ tiêu thụ và các kết
nối đa năng.Thông thường độ lớn điện áp DC của các mảng PV được yêu cầu phải
tăng lên đến một giá trị cao hơn bằng cách sử dụng các bộ biến đổi DC-DC trước
khi chuyển đổi thành AC thích hợp. bộ nghịch lưu DC-AC lúc đó được sử dụng để
chuyển đổi thành điện áp 60Hz AC. Quá trình điều khiển điện áp và dòng điện đầu
ra của các mảng phải được tối ưu hoá dựa trên điều kiện thời tiết .Các thuật toán
điều khiển chuyên môn hoá được gọi là điểm giám sát công suất lớn nhất(MPPT)
để liên tục tách ra số lượng tối đa công suất từ các mảng trong điều kiện khác
nhau . Quá trình điều khiển MPPT và tăng điện áp thường được thực hiện bằng các
bộ biến đổi DC-DC , khi đó bộ nghịch lưu DC-AC đuợc sử dụng để điều khiển
dòng điện lưới.
Hình 1.2: Các mảng PV
4

5. EBOOKBKMT.COM
1.2.2. Cấu hình của hệ thống quang điện
Các modul PV(Photovoltaic) được kết nối với nhau thành các mảng để sản
xuất được số lượng điện năng lớn.Các mảng sau đó được kết nối với các thành
phần của hệ thống như các bộ nghịch lưu để biến đổi nguồn DC được sản xuất từ
các mảng thành AC để cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện năng.các bộ nghịch lưu
cho hệ thống PV thực hiện nhiều chức năng khác nhau , nó biến đổi nguồn DC tạo
ra thành nguồn AC tương thích với tiện ích. Nó cũng bao gồm chức năng bảo vệ để
kiểm tra các kết nối của lưới và nguồn PV và có thể cách ly mảng PV nếu có vấn
để xảy ra. Biến tần giám sát các điều kiện thiết bị đầu cuối của modul PV và bao
gồm MPPT (Maximum power point tracking) để tăng tối đa khả năng thu năng
lượng .MPPT duy trì hoạt động của mảng PV đạt hiệu quả cao nhất có thể qua một
loạt các điều kiện đầu vào có thể thay đổi tuỳ theo các ngày và các mùa.
Hệ thống PV có thể được cấu trúc thành nhiều cấu hình hoạt động . Mỗi cấu hình
dựa trên giao diện điện tử công suất mà nó kết nối với các hệ thống lưới điện.Hình
1.3 trình bầy cấu hình ờ đó một biến tần tập trung được sử dụng. đây là một là cấu
trúc phổ biến duy nhất đã sử dụng . Các modul PV được kết nối nối tiếp hoặc song
song với nhau và kết nối tới bộ biến đổi tập trung DC-AC . Ưu điểm chính của thiết
kế này là nếu biến tần là bộ phận tốn kém nhất của hệ thống, thì hệ thống này có
chi phí thấp nhất vì có mỗi sự hiện diện cuả biến tần . Những bất lợi chính của cấu
hình này là các tổn thất công suất có thể cao hơn do sự không phù hợp giữa các
modul PV và sự hiện diện của các diot String (chuỗi). Một bất lợi khác là cấu hình
này có một điểm duy nhất hỏng tại biến tần , do vậy nó có độ tin cậy thấp hơn.
5

6. EBOOKBKMT.COM
Tam
PV
Tam
PV
Tam
PV
Tam
PV
Tam
PV
Tam
PV
bo bien doi
chinh
Diot
String
luoi
Hình 1.3: cấu hình tập trung PV
Hình 1.4 trình bày cấu hình một chuỗi mảng hệ thống PV. Một loạt các tấm PV
được kết nối theo hình thức một chuỗi. Thông thường, 15 tấm được kết hợp với
nhau trong chuỗi và kết nối với nhau thông qua lợi ích cùng với một biến tần cho
mỗi chuỗi. Ưu điểm chính của cấu trúc liên kết này là không có tổn thất do ghép
nối các diot chuỗi và công suất lớn nhất điểm theo dõi có thể áp dụng cho mỗi
chuỗi. Điều này đặc biệt hữu ích khi nhiều chuỗi được gắn trên các bề mặt cố định
trong định hướng khác nhau. Những bất lợi chính của cấu hình này là do chi phí
tăng lên của việc bổ sung biến tần.
Điện áp đầu vào từ các chuỗi PV có thể đủ lớn để tránh phải khuếch đại điện áp .
Nhưng chi phí cho các tấm PV vãn còn khá đắt , khuếch đại điện áp có thể thêm
vào cùng với chuỗi biến tần để giảm đi các modul PV .[6]. Chuỗi biến tần đa năng,
một sự phát triển của chuỗi biến tần , có một vài chuỗi được đưa qua bộ biến đổi
DC-DC để tăng điện áp lên và sau đó được kết nối với bus DC thông thường. Một
biến tần DC-AC thông thường sau đó được sử dụng để kết nối với lưới. Một chuỗi
hệ thống PV đa năng được trình bày như ở hình 1.4.
6

7. EBOOKBKMT.COM
Tam
PV
ngich luu
Tam
PV
Tam
PV Luoi
Tam
PV
Nghich luu
Tam
PV
Tam
PV
(a)
Tam PV
Tam PV
Tam PV
Tam PV
Tam PV
Tam PV LuoiDC-ACDC-DCDC-DC
(b)
Hình 1.4: Các mảng PV với cấu trúc nhiều chuỗi
Hình 1.5 trình bày cấu hình mà mỗi modul PV được ghép nối với biến tần riêng của
nó.thiết kế này được biết đến như một modul AC, Ưu điểm của hệ thống là nó đơn
giản để thêm các modul vì mỗi một modul có một biến tần DC-AC riêng và được
kết nối tới lưới được thực hiện bằng cách kết nối các wirings trường biến tần AC
với nhau. Ngoài ra còn có một sự cải thiện tổng thể độ tin cậy của hệ thống bởi vì
không có điểm thất bại duy nhất cho hệ thống. Nó có độ linh hoạt cao . Tuy nhiên
các vi dụ này vẫn còn rất tốn kém so với hệ thống PV thông thường vì phải sử dụng
7

8. EBOOKBKMT.COM
nhiều biến tần Các tổn thất điện năng của hệ thống là giảm do sự không tương thích
giữa các phần giảm, nhưng các tổn thất liên tục trong biến tần có thể là giống như
đối với các biến tần chuỗi.Các thiết bị điện tử công suất được lắp đặt bên ngoài
cùng với các tấm PV và cần phải được thiết kế để hoạt động trong môi trường
ngoài trời .Các modul AC là một lựa chọn đầy hứa hẹn cho tương lai vì nó có thể
được sử dụng cho các cá nhân mà không cần am hiểu về chuyên ngành.
Hình 1.5: Cấu trúc của modul điện tử công suất AC
1.2.3. Cấu trúc điện tử công suất
Cấu trúc điện từ công suất cho hệ thống PV có thể được phân loại dựa trên số
lượng giai đoạn xử lý công suất vị trí của tụ điện tách điện, máy biến áp sử dụng,
và các loại giao diện mạng lưới .[6].
a. Một pha - một tầng
Cấu trúc chủ yếu cho biến tần PV là một pha , mạch như hình 1.6 . điện áp đầu ra
của bộ biến đổi DC từ các mảng được đưa qua tụ bộ lọc . tụ lọc được sử dụng để
làm giảm dòng sóng hài ở các mảng . Đầu ra của tụ được kết nối tới một bộ biến
đổi cầu full bridge và đầu ra của bộ biến đổi được nối tới một cuộn cảm , hạn chế
tần số cao và đưa vào hệ thống AC tổng điện áp đầu ra việc điều khiển tương thích
các công tắc và có bộ điều khiển nối tiếp điều khiển các xung dương và xung âm
của các nửa chu kỳ dương và âm của điện áp hình sin. Để cho phép hoạt động hoặc
8

9. EBOOKBKMT.COM
đạt được chỉ số công suất thì các công tắc phải được điều khiển để đáp ứng được
điện áp đầu ra đạt yêu cầu. Điều khiển vòng lặp được sử dụng để đồng bộ hóa điện
áp đầu ra của biến tần và điện áp lưới. Các mảng PV lúc đó được kết nối với lưới
thông qua một biến áp cách ly. Có một vài hạn chế của cấu trúc này , đầu tiên tất cả
các modul được kết nối với các thiết bị cùng một MPPT. Điều này gây tổn thất
công suất nghiêm trọng.
Hình 1.6: Cấu trúc một pha- một tầng
b. một pha nhiều bậc
Để tránh cồng kềnh, máy biến ấp tần số thấp được coi là một thành phần thô chủ
yếu là do kích thước là hiệu quả thấp . Hệ thống chuyển đổi nhiều bậc được sử
dụng rộng rãi cho thế hệ PV .Phổ biến nhất là cấu trúc 2 bậc bao gồm có một bộ
biến tần DC-AC điều chế độ rộng xung cùng với một vài bộ biến đổi DC-DC được
kết nối với nhau.Nói chung bộ biến đổi DC-DC thực hiện theo dõi điểm công suất
lớn nhất và khuếch đại điện áp.Các biến tần DC-AC full bridge điều khiển dòng
điện lưới bằng hoạt động PWM. Một thiết kế đơn giản cho biến tần nhiều bậc trình
bày ở hình 1.7, trong đó sử dụng một biến áp tần số cao cho việc kết nối điện áp 1
pha vào lưới.Điện áp DC đầu vào được đảo chiều để tạo ra một AC tần số cao bên
phần sơ cấp của biến áp tần số cao . điện áp thứ cấp của biến áp được chỉnh lưu kết
quả điện áp DC đầu ra được đưa qua một bộ biến tần nguồn dòng thyristor . dòng
đầu ra yêu cầu phải sin và cùng pha với điện áp dây . Các dạng sóng điện áp đó
được phải tham chiếu với dạng sóng hình sin của dòng điện có biên độ được xác
9

10. EBOOKBKMT.COM
định theo một bộ điều khiển. biến tần có thể được điều khiển bằng cách sử dụng
các bộ điều chỉnh dòng điện
Tam PV
Tam PV
Tam PV Luoibien ap
xung
Hình 1.7: Cấu trúc một pha nhiều tầng
c. Ba pha
Đối với hệ thống trên 10kw, hầu hết thường sử dụng biến tần 3 pha .Nhũng
cấu hình mô tả cho hệ thống 1 pha có thể sử dụng cho hệ thống 3 pha . việc cách ly
với lưới có thể sử dụng 1 máy biến áp tần số cao (biến áp xung).Trong trường hợp
sau cần bổ sung một bộ biến đổi DC từ các tấm PV thành AC tần số cao.
Hình 1.8 trình bày một cấu trúc cơ bản của hệ thống 3 pha có sử dụng một biến áp
3 pha. Đầu ra DC của các mảng PV được kết nối với một tụ lọc .Đầu ra của tụ lọc
được đưa tới đầu vào của biến tần nguồn áp 3 pha . Đầu ra của mỗi pha được nối
với 1 cuộn cảm và 1 tụ điện để giảm sóng hài bậc cao trước khi đưa vào hệ thống
AC. Tổng điện áp đầu ra AC tương thích với bộ điều khiển của các thiết bị chuyển
mạch. Một biến áp 3 pha được sử dụng để kết nối với lưới.
Các cấu hình khác nhau không sử dụng biến áp có thể áp dụng cho hệ thống PV ,
tuy nhiên những cấu trúc đó thường được sử dụng cho các quốc gia châu âu và nhật
bản vì ở đó việc nối đất cho biến tần là không bắt buộc. tại hoa kỳ yêu cầu hệ thống
nố đất và phải giám sát việc nối đất khi điện áp vượt quá 50V.
10

11. EBOOKBKMT.COM
Hình 1.8: Cấu trúc biến áp ba pha
Hình 1.9 một biến áp được đưa vào bộ biến đổi DC tần số cao. Cấu trúc này rất
hữu ích cho cấu hình nhiều chuỗi. ở đó mỗi chuỗi được kết nối với 1 bus DC và
chuyển sang lưới AC tương thích bằng cách sử dụng duy nhất 1 biến tần DC-AC.
Tam PV
Tam PV
bien ap
xung
Tam PV
Tam PV
bien ap
xung
luoi
Bus DCbo bien doi DC-DC
bo bien doi DC-DC
Hình 1.9: Cấu trúc nhiều chuỗi có sử dụng biến áp tần số cao
1.2.4. Tổng quan về điện tử công suất và điều khiển
Từ những giả thiết trong các mục trước. có thể thấy rằng cấu trúc chung nhất
cho cấu trúc điện tử công suất để ứng dụng của hệ thống PV là bộ biến đổi DC-DC
được nhúng cùng với một biến áp tần số cao , cùng với biến tần DC-AC được sử
dụng như trình bày ở hình 1.9. Nhìn chung MPPT và điện áp tăng lên nhờ việc điều
11

12. EBOOKBKMT.COM
khiển bộ biến đổi DC-DC . điều khiển dòng chảy công suất tới lưới , hình sin và chỉ
số công suất được điều khiển bởi bộ biến tần DC-AC. Sơ đồ khối đơn giản cho hệ
thống PV cùng với giao diện điện tử công suất và điều khiển được trình bày trên
hình 1.10.
Các mạch điện tử công suất trình bày trên hình 1.10 bao gồm có một bộ biến đổi
DC-DC và một bộ biến tần ba pha. Bộ biến đổi DC-DC dựa trên nghịch lưu nguồn
dòng cầu full bridge và biến áp tần số cao được nhúng vào và chỉnh lưu. Như vậy
bộ nghịch lưu này bao gồm việc cách ly giữa chuỗi PV và lưới . hệ thống này dễ
dang thục hiện việc nối đất và phù hợp với Điều NEC 690 yêu cầu . Tầng vào
nguồn dòng có lợi vì nó giảm yêu cầu cho các tụ lọc mắc song song với các chuỗi
PV . Điện áp ra của chuỗi PV ban đầu được chuyển thành điện áp AC có tần số cao
, cách ly và tăng điện áp lên thông qua việc sử dụng một biến áp tần số cao Điện áp
thứ cấp của biến áp được chỉnh lưu sử dụng chỉnh lưu cầu full bridge .Điện áp DC
chỉnh lưu sẽ tương thích với điện áp AC và sau đó được kết nối tới lưới bằng việc
sử dụng một biến tần 3 pha nguồn áp.
Theo dõi điểm công suất tối đa(MPP) của mảng PV là một vấn đề cơ bản của hệ
thống PV.Trong những năm qua nhiều phương pháp MPPT đã được phát triển và
thực hiện Những phương pháp này khác nhau về độ phức tạp, yêu cầu cảm biến,
tốc độ hội tụ, chi phí, hiệu quả, phần cứng thực hiện, phổ biến, tên của một số
phương pháp như : hill climbing, perturb and observe, incremental conductance,
fractional open-circuit voltage, fractional short-circuit current, fuzzy logic and
neural network control, ripple correlation control, current sweep, DC-link capacitor
droop control, load-current or load-voltage maximization, and dP/dV or dP/dI
feedback control.
Hình 1.10 giới thiệu một phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả cho MPPT. Bằng
cách đo điện áp và dòng điện. công suất đầu ra của mảng PV được tính toán và so
sánh với công suất ra của mảng PV thực tế .Phụ thuộc vào kết quả so sánh chu kỳ
duty được thay đổi để điều khiển dòng đầu vào cho biến tần nguồn dòng. Quá trình
12

13. EBOOKBKMT.COM
này lặp lại cho đến khi điểm công suất tối đa đạt tới. Các loại bộ điều khiển của
MPPT cũng được phát triển trong khuôn khổ của cùng một bộ điều khiển. hơn nữa
ngoài ra bộ điều khiển có thể được thiết kế để điều khiển biên độ điên áp AC tần số
cao ở bên phần sơ cấp của biến áp.
Có 2 chế độ điều khiển cơ bản cho việc kết nối biến tần vào lưới. Một là điều khiển
dòng điện dòng điện không đổi, cách khác là điều khiển công suất không đổi nó
vẫn còn gây nhiều tranh cãi nếu một biến tần nên cho phép điều chỉnh điện áp trong
khi kết nối với lưới. Các tiêu chuẩn dòng điện IEEE 1547 không cho phép phân
phối sản lượng để chủ động điều chỉnh điện áp, trong khi một số người trong ngành
đề xuất điều chỉnh điện áp có thể có một số tác động tích cực trên lưới điện (Ye và
cộng sự năm 2006.). Điều chỉnh cho việc kết nối biến tần được trình bày với công
suất không đổi hình 1.10
Hình 1.10: Cấu trúc chung điều khiển của hệ thống PV
1.3. PIN NHIÊN LIỆU
1.3.1. Khái quát chung
Pin nhiên liệu hiện đang được phát triển có thể được sử dụng để thay thế cho
động cơ xe đốt trong cũng như các ứng dụng cho việc phát điện . Một tế bào nhiên
liệu là một thiết bị điện hóa học nó sản xuất ra điện mà không cần qua giai đoạn
13

14. EBOOKBKMT.COM
trung gian nào cả. Những lợi ích quan trong nhất của pin nhiên liệu là lượng khí
thải, khí của hiệu ứng nhà kính thấp và mật độ năng lượng cao.Mật độ năng lượng
của một tế bào nhiên liệu điển hình là 200Wh/l ,nó gần mười lần của ắc quy. Hiệu
suất của pin nhiên liệu cũng khá cao khoảng từ 40-60%. Nếu nhiệt lượng thải ra mà
được sử dụng cho đồng phát , thì hiệu quả tổng của hệ thống này lên tới 80% .một
tế bào nhiên liệu ổn định tiêu biểu của hệ thống trình bày ở hình 1.11.
Hình 1.11: Tế bào của hệ thống pin nhiên liệu
Pin nhiên liệu có thể phân loại thành 5 loại dựa vào chất điện phân hóa học : pin
nhiên liệu trao đổi màng proton (PEMFC);pin nhiên liệu oxit rắn ; pin nhiên liệu
dùng cacbonnat nóng chảy; pin nhiên liệu kiểu axit phôtphoric; pin nhiên liệu
ngậm nước có tính kiềm. Trong các loại pin nhiên liệu này thì PEMFC đang được
phát triển nhanh chóng như là một nguồn năng lượng chính trong cung cấp điện và
phân phối điện vì mật độ điện cao ,nhiệt độ làm việc thấp, bền và cấu trúc đơn giản.
Đối với các loại pin nhiên liệu PEM, hydro và khí oxy được đưa vào trong các pin
nhiên liệu. Anot của các pin nhiên liệu – là một kết nối tiêu cực để dẫn các điện tử -
những hạt được giải phóng từ các phân tử hydro áp lực, làm ăn mòn các kênh do sự
phân bố đều của khí hydro áp lực trên bề mặt của chất xúc tác.
14

15. EBOOKBKMT.COM
Cathode là kết nối tích cực của các tế bào nhiên liệu,nó mang lại điện tử từ các
mạch điện bên ngoài tới các chất xúc tác, nơi mà nó kết hợp với các ion hydro và
ôxy, tạo thành nước, đó là các sản phẩm phụ của các pin nhiên liệu. Chất điện phân
là màng trao đổi proton, một loại vật liệu đặc biệt được điều trị, cho phép truyền
dẫn các ion tích điện dương, trong khi không cho phép các điện tử đi qua nó. Có
một chất xúc tác tạo điều kiện cho các phản ứng của oxy và hydro. Chất xúc tác
này thường làm bằng bột bạch kim phủ trên một giấy than hoặc vải. Chất xúc tác là
lỗ hổng để tăng tối đa diện tích bề mặt tiếp xúc giữa khí hydro và oxy. Phía bạch
kim tráng của bề mặt chất xúc tác là chất điện phân. Hình 1.12 dưới đây cho thấy
một hình ảnh của một tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC). Phản ứng
được mô tả trong một tế bào, dẫn đến tạo ra điện áp khoảng 0,7 vôn. Nhiều pin
nhiên liệu thường được ghép nối tiếp với nhau thành một bộ để tăng điện áp lên.
(Distributed Utility Associates 2003).
Hình 1.12: Quá trình trao đổi proton
Một số vấn đề kỹ thuật cần được khắc phục trước khi PEMFC có thể được áp dụng
rộng rãi cho mục đích năng lượng tĩnh. Hầu hết các hệ thống sử dụng vật liệu đắt
tiền và có một thời gian sử dụng ngắn trước khi hư hỏng .Việc sử dụng hydro tinh
khiết gây ra sự tổn hao của các vật liệu điện và chất xúc tác, có thể dẫn đến thay thế
toàn bộ các tế bào nhiên liệu sau khi hoạt động bị hạn chế. Một trong những hàng
rào kỹ thuật lớn nhất để áp dụng rộng rãi PEMFCs là sự phát triển của hệ thống lưu
trữ và phân phối hydro an toàn .Hidro có tỉ số năng lượng/hệ số thể tích thấp hơn so
15

16. EBOOKBKMT.COM
với các nhiên liệu khác .Nghiên cứu đổi mới đang được tiến hành để đạt được sự
lưu trữ hydro như điện gió, sản xuất nhiệt hóa học, lưu trữ hidro hóa chất…
1.3.2. Cấu hình của hệ thống pin nhiên liệu
Pin nhiên liệu cũng như các hệ thống PV nó cung cấp nguồn DC. Hệ thống
biến đổi điện, bao gồm biến tần, và bộ biến đổi DC-DC , thường được yêu cầu để
cung cấp nhu cầu tải bình thường cho khách hàng hoặc đưa điện vào lưới.
Hình 1.13: Hệ thống pin nhiên liệu cùng với biến tần một pha
Hình thức đơn giản của cấu hình hệ thống pin nhiên liệu , hình 1.13 bao gồm hệ
thống pin nhiên liệu xếp chồng tiếp theo là bộ biến đổi DC-AC . nếu có yêu cầu
cách ly hoặc chuyển đổi điện áp với tỷ lệ cao thì một biến áp được sử dụng vào hệ
thống. Hạn chế chính của hệ thống này là một biến áp tần số thấp được đặt tại đầu
ra của biến tần nên làm cho hệ thống rất cồng kềnh và tốn kém.
Một bộ biến đổi DC-DC thường được đặt ở giữa hệ thống pin nhiên liệu và biến
tần.
Bộ biến đổi DC-DC có 2 chức năng chính:
1 . Cách ly DC cho biến tần
2. Tạo ra điện áp đủ cho đầu vào biến tần và thỏa mãn yêu cầu độ lớn điện áp của
nguồn xoay chiều.
Biến tần có thể là một pha hoặc 3 pha tùy thuộc vào việc kết nối với lưới.
DC-DC luoi
Hình 1.14: Cấu trúc hệ thống pin nhiên liệu với bộ biến đổi DC-DC
Một cấu hình khác có thể có của hệ thống bao gồm có một biến tần DC-AC tần số
cao nó cho phép chuyển đổi điện áp DC của pin nhiên liệu thành điện áp AC tần số
16

17. EBOOKBKMT.COM
cao sau đó chuyển đổi điện áp AC tần số cao thành điện áp AC . Cách này chuyển
đổi năng lượng trực tiếp hơn so với cấu trúc bus DC có bộ biến đổi DC cách ly.
Cấu trúc này cho phép năng lượng chảy theo hai chiều và nó thích hợp hơn cho hệ
thống một pha.
Hình 1.15: Cấu trúc hệ thống pin nhiên liệu có bộ biến đổi AC-AC
1.3.3. Cấu trúc điện tử công suất
Cấu trúc điện tử công suất cho hệ thống pin nhiên liệu rất đa dạng và dựa trên
số lượng và các tầng trong hệ thống chuyển đổi . hai cấu trúc mà có thể sử dụng
cho hệ thống pin nhiên liệu để cung cấp cho các hộ tiêu thụ bao gồm cấu trúc
cascaded DC-DC và DC-AC và cấu trúc cascaded DC-AC và AC-AC. Ngoài ra
thời gian gần đây còn có phát triển hoặc đề xuất cho những ứng dụng của pin nhiên
liệu bao gồm một bộ chuyển đổi nguồn Z kết hợp chức năng tăng áp của bộ DC-
DC và biến tần nguồn áp (VSI) (Blaabjerg et al. 2004).
Cấu trúc Cascaded DC-DC và DC-AC (DC-Link)
Có nhiều cấu trúc có thể sử dụng bộ biến đổi DC-DC và biến tần DC-AC.Bô biến
đổi DC-DC kinh điển là bộ biến đổi cầu H như ở hình 1.16 (a) là một sự phát triển
mạnh mẽ đã được chứng minh. Tuy nhiên để giảm tổn thất chuyển đổi , chuyển
mạch mềm PE giống như bộ biến đổi cầu có cộng hưởng nối tiếp hình 1.16 (b)
17

18. EBOOKBKMT.COM
Hình 1.16: Cấu trúc các bộ biến đổi DC-DC
Có thể sử dụng bộ chuyển đổi phức tạp tuy nhiên dạng sóng phải chính xác hoặc
chế độ điều khiển dòng phải ngăn ngừa bão hòa từ biến áp tràn qua để tránh gây
thiệt hại. Lợi ích chính của cộng hưởng là bảo vệ ngắn mạch và làm cho biến áp
không bị bão hòa từ. Hình 1.16 (c) cho thấy một bộ biến đổi DC-DC kiếu push-pull
nó đòi hỏi điện áp và dòng điện cao . Cầu chỉnh lưu diot ở hình 1.16 cũng có thể
được thay thế bằng chỉnh lưu half-bridge.
Các biến tần 3 pha có thể được sử dụng cho việc kết nối với lưới 3 pha. Hình 1.17
trình bày 2 cấu trúc biến tần thông dụng cho ứng dụng của hệ thông pin nhiên liệu.
Chuyển đổi hard-switching được thiết kế và kiểm nghiệm tốt và được sử dụng cho
các ứng dụng công nghiệp. tuy nhiên bị tổn thất khi chuyển mạch.
Biến tần có các nhánh cộng hưởng được trình bày trong hình 1.17 và nó là một cải
tiến của biến tần hard-switching cùng với ZVS. Một biến đổi điều chế tần số có thể
cải thiện phạm vi chuyển đổi mềm. Cộng hưởng nhánh clamp biến tần là một cải
thiện của của biến tần kinh điển. khi đó điện áp của DClink cao gấp hai lần điện áp
DC link ban đầu . Sau khi bổ sung thêm thiết bị nhánh clamp điện áp DC link có
thể được điều khiển 1,3 lần so với điện áp đầu vào. Tuy nhiên chỉ có phương pháp
điều biến mới có thể được sử dụng.
18

19. EBOOKBKMT.COM
Hình 1:17. Bộ nghịch lưu ba pha
Một hệ thống điều hòa năng lượng cho pin nhiên liệu cùng với bộ biến đổi DC-DC
và biến tần DC-AC có thể được xây dựng với sự kết hợp của bộ chuyển đổi như đã
thỏa luận ở trên. Một ví dụ cho hệ thống pin nhiên liệu cùng với giao điện điện tử
công suất đưa vào một hệ thống 3 pha trình bày ở hình 1.18. Khi đó bộ biến đổi
DC-DC cầu cách ly và một biến tần nguồn áp được sử dụng.
Hình 1.18: Cấu trúc hệ thống pin nhiên liệu sử dụng bộ biến đổi DC-DC
1.3.4. Tổng quan về điện tử công suất và điều khiển
Từ các vấn đề thảo luận trong phần trước , thấy rằng cấu trúc tổng quan nhất
cho cấu trúc điện tử công suất cho hệ thống pin nhiên liệu là một bộ biến đổi DC-
DC cùng với một biến áp tần số cao được nhúng vào và một biến tần DC-AC như
19

20. EBOOKBKMT.COM
hình 1.18. Nói chung việc tăng điện áp và cách ly bởi bộ biến đổi DC-DC. Điều
chỉnh dòng công suất, cũng như đồng nhất sin và hệ số công suất bởi bộ biến tần
DC-AC. Sơ đồ đơn giản của hệ thống pin nhiên liệu PEM cùng với việc điều khiển
và điện tử công suất như hình 1.19.
Hình 1.19: Cấu trúc chung điều khiển của hệ thống pin nhiên liệu
1.4. HỆ THỐNG ẮC QUY LƯU TRỮ
1.4.1. Mô tả chung
Để tối ưu hóa cho hiệu suất lưới điện , Các hệ thống máy phát điện lớn nhất
cần được vận hành hết công suất trong tất cả các lần. Hệ thống máy phát bao gồm
hệ thống thủy điện, hạt nhân , nhiệt điện.trong một chu kỳ hàng ngày điển hình,
khách hàng sử dụng điện lưới . Tại thời điểm sử dụng nhiều nhất , hoặc tải đạt đỉnh,
ngoài ra khi hiệu suất phát điện của máy phát điện thấp thì cần bổ sung vào lưới để
hỗ trợ cho việc tăng tải. Các máy phát điện hiệu quả thấp thì tốn kém để hoạt động
do chi phí cho nhiên liệu cao. Một số hệ thống dữ trữ năng lượng đang được xem
xét để khai thác năng lượng dư thừa được cung cấp bởi các máy phát hiệu quả nhất
trong quá trình tải thấp. Năng lượng thu được có thể được phát lại vào lưới khi cần
thiết để loại bỏ sự cần thiết của các máy phát điện chi phí cao.Bao gồm lưu trữ
trong hệ thống phân phối thường cung cấp cho người sử dụng khả năng phân phối
20

21. EBOOKBKMT.COM
nguồn năng lượng của nó, thường là những nguồn năng lượng tái tạo như PV
không có khả năng điều phối riêng. Trong giai đoạn nhu cầu thấp năng lượng dư
thừa có thể sử dụng để nạp cho các thiết bị lưu trữ.Hệ thống lưu trữ có thể được sử
dụng để cung cấp năng lượng trong giai đoạn nhu cầu cao.
Có nhiều công nghệ có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng trên hệ thống năng
hữu ích. Trong số các công nghệ này, ắc quy và bánh đà thường được tích hợp ở
cấp hệ thống phân phối và thương mại.
Phần này ta sẽ nghiên cứu hệ thống lưu trữ dùng ắc quy,và một số mạng lưới phổ
biến có quan hệ với nhau, để hiệu suất của hệ thống đạt lớn nhất. Ắc quy được kết
nối thông thường là các ăc quy axit. ắc quy axit bao gồm các điện cực của kim loại
chì và của oxit chì ngập trong chất điện phân gồm có 35% axit và nước. dung dịch
chất điện sản xuất ra các electrons, phân tạo dòng năng lượng chảy thông qua các
mạch điện bên ngoài.
Các ắc quy axit là hình thức phổ biến của hệ thống lưu trữ năng lượng điện ngày
nay.nó có một lịch sử thương mại của hơn một thế kỷ, và đang được áp dụng trong
mọi lĩnh vực của hệ thống,công nghiệp, bao gồm : viễn thông , điện dự phòng.Bời
vì chi phí thấp . Các ắc quy axit luôn là sự lựa chọn mặc định cho hệ thống lưu trữ
trong các ứng dụng mới. sự phổ biến này cũng gặp nhiều khó khăn như năng lượng
riêng thấp, công suất riêng , và tuổi thọ ngắn và các mối nguy hiểm đối với môi
trường.
Chu kỳ ắc quy được thiết kế để phóng với thời gian gần đúng là 80% cùng với hiệu
suất khoảng 85-95%. Tất cả các pin axit cung cấp khoảng 2,14V/tế bào (12,6 V đến
12,8 V cho một ắc quy 12 volt) khi sạc đầy. Ắc quy lưu lượng làm việc tương tự
như ăc quy axit , nhưng điện cực được lưu trữ trong các thùng chứa bên ngoài và
lưu thông thông qua các tế bào pin ngăn xếp theo yêu cầu. Bể chứa bên ngoài của
chất điện phân nạp lại được có thể lớn hơn sự cần thiết và được đặt ở nơi an
toàn.Bởi vì mật độ năng lượng cao và chi phí tương đối thấp của kẽm, công nghệ
sạc pin kẽm từ lâu đã được coi là hấp dẫn đối với hệ thống lưu trữ năng lượng có
21

22. EBOOKBKMT.COM
quy mô lớn. Tương tự như vậy, dòng pin được công nhận là một công nghệ thuận
lợi cho các hệ thống lớn, vì nó có khả năng mở rộng cao và độ linh hoạt lớn trong
thiết kế. dòng Pin kẽm-brôm là sự kết hợp của hai công nghệ này, cùng với tiềm
năng lớn cho các ứng dụng . Đối với các pin lưu lượng dung dịch chất điện phân
lỏng được bơm từ các thùng chưa thông qua các phản ứng hóa học của ngăn xếp
nơi năng lượng hóa học được chuyển thành năng lượng điện hoặc năng lượng điện
được chuyển thành năng hóa học.có một số hạn chế của các nhà sản xuất pin NaS
cho các ứng dụng . Ngoài ra còn có 5 công nghệ sử dụng công nghệ điện cực Niken
NiFe, NiCd, NiH2, NiMH, NiZn, NiCd, NiMH,
1.4.2. Cấu hình của hệ thống pin lưu trữ
Tất cả các kỹ thuật pin, thảo luận trong phần trước sản xuất ra DC phải
chuyển sang AC để kết nối tới các tiện ích. Các tế bào pin thường được liên kết
trong các cấu hình khác nhau nối tiếp hoặc song song để đạt được điện áp và dòng
điện đầu ra theo yêu cầu. Hệ thống bộ biến đổi công suất bao gồm bộ nghịch lưu ,
bộ biến đổi DC-DC thường cần thiết cho hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS)
để cung cấp nhu cầu tải của người sử dụng và đưa điện vào lưới. khía cạnh độc đáo
của điện tử công suất cho hệ thống lưu trữ là năng lượng được chảy theo hai chiều,
mà cả hai bên nạp và phóng đều từ và tới lưới. Không giống như các hệ thống PV
và pin nhiên liệu , tuy nhiên hệ BESS thì không xem xét tới vấn đề hoạt động với
công suất cao nhất, nó chỉ có thể cung cấp mức công suất yêu cầu được duy trì bởi
hệ thống pin.
Các hình thức đơn giản cho cấu hình của hệ thống pin lưu trữ năng lượng như hình
1.20. bao gồm một hệ thống pin tiếp theo là bộ biến đổi DC-AC. Nếu cần có cách
ly và tỷ lệ chuyển đổi cao thì yêu cầu phải có máy biến áp được tích hợp vào hệ
thống. dòng điện tại thời điểm hoạt động đầy đủ công suất sẽ xác định chỉ số định
mức của biến tần. Dòng điện khi khóa sẽ phụ thuộc vào điện áp của hệ BESS tại
thời điểm hoạt động đầy đủ công suất, nó thay đổi đáng kế từ không tải tới đầy tải,
và ở mức thấp nhất của nó khi hoạt động đầy đủ công suất. Nhược điểm chính của
22

23. EBOOKBKMT.COM
cấu hình này là biến áp tần số thấp đặt tại đầu ra của biến tần làm cho hệ thống rất
cồng kềnh và tốn kém. Biến tần có thể là một pha hoặc ba pha tuy thuộc vào việc
ghép nối.
luoi
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
Hình 1.20: Hệ BESS cùng với biến tần 1pha
Một bộ biến đổi DC-DC thường được sử dụng ở giữa hệ BESS và biến tần như
hình 1.21. Bộ biến đổi DC-DC phải là bộ biến đổi hai chiều và chủ yếu cung cấp đủ
điện áp cho đầu vào của bộ nghịch lưu để đạt được yêu cầu độ lớn điện áp AC tạo
ra. Ngoài ra trong một số cấu trúc điện tử công suất , biến áp tần số cao được sử
dụng ở bộ biến đổi DC-DC để cách ly.
DC-DC luoi
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
Hình 1.21: Hệ BESS với cấu trúc cascaded DC-DC và DC-AC
Ngoài ra ở hệ thống lưu trữ năng lượng pin rất hay sử dụng cùng với các loại nguồn
năng lượng của hệ thống lai.(hybrid).Khi sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như
23

24. EBOOKBKMT.COM
gió, PV, hệ BESS có thể bù đắp sự gián đoạn theo ngày và mùa của năng lượng này
và làm cho sự dao động tải bằng phẳng, tạo điều kiện cho hoạt động đảo. Hình 1.22
cho thấy một hệ thống lai có hệ BESS bao gồm năng lượng hệ thống gió.Ắc quy
được tích hợp vào bus DC của hệ thống năng lượng sức gió bằng cách sử dụng một
bộ biến đổi DC hai chiều. Những hệ thống lai có thể khác nhau ,phụ thuộc nguồn
năng lượng chính và việc tích hợp BESS vào.
luoi
DC-DC
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
G
chinh luu
Bus DC
Hop so
May phat
Canh
quat
DC-AC
Hình 1.22: Hệ thống lai giữa hệ BESS và năng lượng gió
1.4.3. Cấu trúc điện tử công suất
Cấu trúc điện tử công suất cho hệ thống lưu trữ năng lượng có thể có nhiều
dựa vào số tầng cascaded trong hệ thống chuyển đổi, các loại hình chuyển đổi, vấn
đề cách ly và ghép nối.
Cấu trúc cơ bản nhất cho việc ghép nối của hệ BESS là một tầng như hình 1.23.
trong khi điện áp DC đầu ra của hệ thống lưu trữ được ghép nối qua một tụ lọc ,tụ
điện được sử dụng để loại bỏ dòng sóng hài ở ắc quy. Đầu ra của tụ điện được ghép
nối với một biến tần nguồn áp, phụ thuộc vào các tiện ích được kết nối biến tần có
24

25. EBOOKBKMT.COM
thể là một pha hoặc ba pha. Đầu ra của biến tần được ghép nối với một bộ lọc thụ
động để ngăn chặn sóng hài tần số cao đưa vào hệ thống AC. Sản lượng điện áp AC
đầu ra tương ứng với việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch và bao gồm một bộ
điều khiển các xung dương và âm tương ứng với nửa chu kỳ dương và âm của hình
sin.
Hình 1.23: Cấu trúc điện tử công suất sử dụng nghịch lưu 1 pha và 3 pha
Phổ biến nhất là cấu trúc hai tầng của hệ BESS bao gồm có bộ nghịch lưu nguồn áp
được ghép nối với lưới cùng với bộ biến đổi DC-DC hai chiều . Bộ nghịch lưu cầu
full-bridge điều khiển dòng điện lưới bằng phương pháp điều biến độ rộng
xung(PWM). Một thiết kế đơn giản cho cấu trúc điện tử công suất hai tầng như
hình 1.24 kết hợp với một bộ biến đổi DC-DC full-bridge có thể hoạt động ở bất kỳ
phân cực điện áp và dòng điện. biên độ và phân cực điện áp có thể được thiết lập
mà không phụ thuộc vào chiều dòng điện.
25

26. EBOOKBKMT.COM
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
luoiBien ap 3 pha
DC-DC
Hình 1.24: Cấu trúc cascaded với bộ biến đổi DC-DC và DC-AC
Tât cả các cấu trúc điện tử công suất thảo luận phần trước không có cách ly. Đối
với các ghép nối hữu ích, một biến áp tần số cao được sử dụng cho việc cách ly. Để
tránh sự cồng kềnh , biến áp tần số thấp. Một số bộ biến đổi DC-DC hai chiều có
cách ly đã được phát triển. Một cấu trúc (như hình 1.25) cung cấp cách ly giữa các
thiết bị đầu ra và các thiết bị đầu vào , và có thể tăng hoặc giảm điện áp đầu ra của
nó dựa vào biến áp tần số cao.
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
ac quy
bien ap
xung
Hình 1.25: Cấu trúc sử dụng bộ biến đổi DC-DC có cách ly
1.4.4. Tổng quát về điện tử công suất và điều khiển
Từ từ những vẫn đề thảo luận trong phần trước ,có thể thấy rằng cấu trúc
tổng quát nhất cho cấu trúc điện tử công suất của hệ thống lưu trữ năng lượng pin là
bộ biến đổi DC-DC hai chiều cascaded với bộ nghịch lưu nguồn áp như hình 1.26.
Có nhiều chế độ hoạt động khác nhau của hệ BESS được ghép nối với lưới. Các
bess cũng có thể trả năng lượng tới lưới khi nó phóng hoặc có thể nhận năng lượng
26

27. EBOOKBKMT.COM
từ lưới để nạp cho chính bản thân nó. Chế độ họat động của khối điều khiển như
hình 1.26, quyết định hoạt động nạp hay xả cho hệ BESS. Việc thiết kế cho hệ
thống điện tử công suất khác nhau ở chế độ nạp và phóng. Căn cứ vào chế độ đó
mà ắc quy được hoạt động, Các tín hiệu điều khiển từ khối nạp và phóng được ghép
nối với hệ thống điện tử công suất bằng việc lựa chọn thiết bị chuyển mạch SW1 và
SW2.
Chế độ hoạt động điều khiển khối được thiết kế dựa trên một sơ đồ đơn giản của
BESS. BESS có thể đưa công suất vào lưới trong thời gian tải đỉnh nếu điện áp của
BESS lớn hơn điện áp bình thường.
Trong chế độ xả dựa trên điện áp hiện tại (Vb) và điều kiện nạp của bess tín hiệu Pref
xác định độ lớn và hệ số xả được tạo ra. Bess có thể được nạp bất cứ lúc nào , cung
cấp các SOC của pin nhỏ hơn dung lượng lưu trữ tối đa (SOCmax). Tín hiệu điều
khiển các thiết bị chuyển mạch dựa trên một bảng tra cứu. Theo thiết kế tín hiệu 0
có nghĩa là không xác định , 1 là xả và 2 cho biết là nạp. Tín hiệu này đồng thời
điều thiết bị chuyển mạch SW1 và SW2. Dựa trên trạng thái của tín hiệu này, bộ
biến đổi điện tử công suất sẽ được ghép nối với khối nạp hoặc khối xả. Các lịch
trình xả -nạp cũng có thể được lập trình trong việc điều khiển chế độ hoạt động tùy
thuộc vào ứng dụng.
Khi chế độ hoạt động của hệ bess là nạp năng lượng sẽ chảy từ lưới tới hệ thống ắc
quy thông qua bộ biến đổi công suất. Bộ biến đổi DC-DC sẽ xác định điện áp trên
các cực của ắc quy và trên cơ sỏ đó cho phép ắc quy nạp. bộ điều chỉnh điện áp của
ắc quy sẽ tạo ra dạng PWM dựa trên điện áp tham chiếu Vb
*
như vậy điện áp Vb
cho phép điện áp tham chiếu này. Đối với điều khiển riêng, bộ biến đổi DC-DC cần
một đầu vào là điện áp một chiều không đổi, bộ biến đổi DC-AC làm việc như một
bộ chỉnh lưu có điều khiển và bộ điều khiển sẽ duy trì giá trị điện áp bus DC theo
giá trị đặt. Điều khiển thiết kế này là một phương án của việc điều khiển năng
lượng không đổi.
27

28. EBOOKBKMT.COM
Trong chế độ xả, năng lượng chảy từ bess tới lưới. Trong chế độ này, bộ biến đổi
DC-DC duy trì điện áp bus DC cho biến tần ,và ghép nối biến tần với lưới điều
khiển dòng chảy công suất tác dụng và công suất vô công, điều khiển ghép nối biến
tần với lưới như hình 1.26, cung cấp công suất điều khiển không đổi. Nhiều chức
năng điều khiển để phân phối cùng với các vấn đề thực tế không được trình bày ở
sơ đồ như điều chỉnh nghịch , sự cách ly. Các mạch vòng điều chỉnh dòng điện bên
trong và mạch vòng điều chỉnh công suất bên ngoài. Trong một vài trường hợp ,
công suất phản kháng tham chiếu có thể là chỉ số công suất tham chiếu. bằng việc
điều chỉnh tham chiếu này, dòng điện được đưa vào lưới có thể được duy trì ở hệ số
công suất đơn vị. Đầu ra của hệ thống là tín hiệu sin PWM tần số cao cho các thiết
bị chuyển mạch của biến tần nguồn áp.Khi công suất tham chiếu tác dụng tăng lên ,
biến tần cố gắng lấy năng lượng từ bus DC , do đó điện áp bus DC giảm đi . Các bộ
điều chỉnh điện áp DC link như hình 1.26 ,cố gắng duy trì điện áp DC không đổi
bằng cách thay đổi dạng chuyển đổi PWM cho các thiết bị chuyển mạch chỉnh lưu
điều khiển ba pha.
1.5. ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
1.5.1. Mô tả chung
Động cơ đôt trong (IC) đốt cháy nhiên liệu lỏng hoặc khí để chuyển đổi năng
lượng hóa học thành năng lượng cơ học theo hình thức di chuyển piston. Piston lúc
đó sẽ quay trục và chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện qua một
máy phát điện. Máy phát điện thường là loại đồng bộ hoặc loại cảm ứng,và thường
được kết nối trực tiếp với hệ thống năng lượng điện mà không cần sử dụng thêm
bất kỳ một thiết bị nào nữa. Các động cơ đốt trong có thể được đánh lửa bằng cách
sử dụng khí thiên nhiên, propan, hoặc xăng, hoặc loại nén sử dụng xăng hoặc dầu
nặng. Khí thiên nhiên là nhiên liệu làm cho máy phát điện bền. Tuy nhiên động cơ
đốt trong cũng có thể tân dụng propan hoặc nhiên liệu lỏng cho quá trình cháy. loại
chu kỳ nén của động cơ có thể hoạt động ở dầu diezel hoặc dầu nặng. Hoặc chúng
cũng có thể được thiết lập với một cấu hình nhiên liệu kép đốt cháy chủ yếu là khí
28

29. EBOOKBKMT.COM
tự nhiên với một lượng nhỏ nhiên liệu diesel thí điểm. Dòng điện ban đầu của động
cơ thấp , khởi động dễ, độ tin cấy đã được kiểm chứng, đặc tính tải tốt. phát nhiệt
của động cơ đã giảm đáng kết trong vài năm qua do khí thái đã được thiết kế tốt
hơn và điều khiển được quá trình cháy. Động cơ đốt trong rất thích hợp cho chế độ
chờ, đạt đỉnh, và các ứng dụng trung gian, và cho hệ thống kết hợp nhiệt và điện,
và cho các ứng dụng trong chiếu sáng có công suất nhỏ hơn 10MW.
Đối với việc đánh lửa của động cơ, nhiên liệu và không khí được trộn lẫn với nhau
trước khi đưa vào các xylanh đốt. Nhưng ngược lại dầu diezel,nhiên liệu, không khí
đưa vào thì tách biệt nhau cùng với nhiên liệu sau khi được đưa vào. Sau đó không
khí bắt đầu bị nén. Các xylanh cháy đóng một đầu lại còn một đầu thì chứa một
dịch chuyển. Các hỗn hợp nhiên liệu-không khí sau đó được nén là piston chuyển
động về phía trên của xylanh. Gần thời điểm piston đạt đến phía trên của hành trình
một tia lửa được đưa vào để đốt cháy hỗn hợp.Áp lực của nó nóng lên, điều khiển
piston dịch chuyển xuống phia dưới năng lượng tịnh trong kiểu piston chuyển động
sau đó được chuyển đổi sang các năng lượng quay của trục khuỷu một. Khi piston
dịch chuyển xuống phía dưới của hành trình, lúc đó một van xả được mở ra để xả
các khí thải.Hầu hết các động cơ thương mại đều được dùng chon việc phát điện ,
là 4 thì và hoạt động trong 4 chu kỳ (hút, nén , đốt, xả) hình 1.27 trình bày cơ bản
về hệ thống động cơ đốt trong. Cả hai động cơ diezel(đánh lửa nén) và động cơ khí
thiên nhiên đều rất phổ biến. nhưng nó ngày càng gặp khó khăn về địa điểm xây
dựng máy phát điện, đặc biệt là máy có kích thước lớn hơn. Nghiên cứu động cơ
hiện nay chủ yếu tập trung vào hiệu quả tăng lên và lượng khí thải thấp hơn (Farret
và Simoes 2006).
29

30. EBOOKBKMT.COM
Hình 1.27: Hệ thống máy phát động cơ đốt trong
1.5.2. Cấu hình hệ thống động cơ đốt trong
Thông thường , hầu hết các động cơ đốt trong được nối thông với một máy
phát đồng bộ tốc độ ổn định có rơ le bảo vệ. Để kết hợp phát điện và kết nối trực
tiếp vào lưới ,tần số máy phát điện phải giữ liên tục 60Hz.Phụ thuộc vào số cực của
máy phát, tuy nhiên các động cơ đốt trong không sử dụng hết phạm vi tốc độ hoặc
loại bỏ tải.
Sử dụng giao diện điện tử công suất cùng với động cơ đốt trong cung cấp lợi ích là
có thể thay đổi tốc độ hoạt động của động cơ đốt trong, do đó tối ưu hóa việc sử
dụng nhiên liệu và thay đổi tải. Tốc độ của động cơ có thể được điều khiển để đáp
ứng sự thay đổi của tài và tối ưu hóa cho việc kết hợp giữa động cơ và máy
phát.ngoài ra điện tử công suất cung cấp thêm tính linh hoạt cho hệ thống lưu trữ,
đặc biệt là chế độ đảo.
Hình 1.28 cho thấy một cấu hình máy phát động cơ nó tích hợp một máy phát đồng
bộ , hoặc là máy phát điện không đồng bộ cảm ứng, để nối với lưới.máy phát
chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện áp và tần số thay đổi theo tốc độ động
cơ. Các bộ chỉnh lưu và nghịch lưu sau đó được sử dụng để chuyển đổi đầu ra của
máy phát tới công suất phù hợp với hệ thống lưới điện. Đối với các máy phát điện
cảm ứng công suất phản kháng có thể được bù theo yêu cầu.
30

31. EBOOKBKMT.COM
Hình 1.28: Cấu trúc động cơ có tốc độ thay đổi cùng modul điện tử công suất
Một giải pháp khác cho việc sử dụng bộ chuyển đổi công suất trung bình cùng với
một máy phát điện có cuộn dây rôto cảm ứng. Một bộ biến đổi công suất được nối
với roto thông qua các vành trượt để điều khiển dòng roto.Nếu máy điện đang chạy
siêu đồng bộ năng lượng điện được phân phối thông qua cả roto và stato.Nếu máy
phát chạy dưới đồng bộ thì năng lượng chỉ được cung cấp từ roto vào lưới.
Loại máy phát điện cảm ứng được biết đến như là một máy phát có công suất tăng
gấp hai. Giải pháp này thì đắt hơn so với các giải pháp cổ điển. Ưu điểm của thiết
kế này là nó cung cấp bù công suất phản kháng/sản xuất và tăng được năng lượng
thu được từ động cơ đốt trong. Sự sắp xếp này làm cho cuộn dây stato của máy
phát điện có kích thước giảm đi 25% cùng với giao diện điện tử công suất tạo nên
sự khác nhau của năng lượng roto.
1.5.3. Cấu trúc điện tử công suất
Một cấu trúc điện tử công suất điển hình được sử dụng cho động cơ đốt trong
cùng với máy điện nam châm vĩnh cửu như hình 1.29. Điện áp ba pha, tần số đầu ra
của động cơ đốt trong được chỉnh lưu bằng cầu diot. Tín hiệu đầu ra chỉnh lưu được
lọc thành một dạng sóng DC phẳng nhờ một tụ lớn. Tín hiệu DC được chuyển đổi
thành điện áp AC 60Hz nhờ bộ biến tần nguồn áp.Dạng sóng điện áp thu được có
thể thu nhỏ lại bằng cách sử dụng một biến áp có mức điện áp yêu cầu. máy biến áp
còn có tác dụng cách ly cho việc kết nối với lưới. Thay cho việc chỉnh lưu thụ
động,Một chỉnh lưu tích cực 2 chiều sử dụng thiết bị chuyển mạch IGBT, cho phép
tái sinh. Ngoài ra các yêu cầu của công suất phản kháng cho máy phát điện cảm
ứng được thỏa mãn với bộ biến đổi 2 chiều.
31

32. EBOOKBKMT.COM
Hình 1.29: Cấu trúc máy phát đồng bộ cùng với modul điện tử công suất
Yêu cầu điện tử công suất cho DFIG (Doubly-Fed Induction Generator) bao gồm
một AC-DC-AC dựa trên bộ biến đổi điều biến độ rộng xung . Cuộn dây stato được
kết nối trực tiếp với lưới có tần số 60Hz trong khi roto được thay đổi tần số thông
qua bộ biến đổi AC-DC-AC.Một cấu trúc điện điển hình của DFIG(Doubly-Fed
Induction Generator) như hình 1.30,sử dụng cách bố trí bộ biến đổi back-to-
back.chỉnh lưu/nghịch lưu có tụ DC link để chuyển đổi công suất. Bên AC của bộ
chỉnh lưu được gắn với roto cảm ứng thông qua các vành trượt. bộ nghịch lưu được
gắn với lưới có tần số ổn định.
Hình 1.30: Cấu trúc DFIG cùng với bộ biến đổi AC-DC-AC
Mặc dù tốc độ của động cơ đốt trong thay đổi cùng với máy phát điện đồng bộ
hoặc cảm ứng , cung cấp hiệu suất tốt hơn về hiệu quả nhiên liệu. Nó không đáp
ứng được tốt như máy phát điện động cơ đốt trong thông thường tới sự thay đổi đột
ngột của tải bới vì do quán tính và giới hạn công suất.Trong một số điều kiện , điện
áp của tụ DC link sẽ bị phá hủy trừ khi có một nguồn năng lượng dự trữ.một cấu
32

33. EBOOKBKMT.COM
trúc điện tử công suất được sử dụng cùng với sự thay đổi tốc độ của động cơ đốt
trong và cho việc dự trữ năng lượng như hình 1.31.
Đầu ra của máy phát điện được chỉnh lưu thành DC và được đưa đến một bộ biến
đổi tăng áp.Một hệ thống dữ trữ năng lượng DC được kết nối tới bus DC sử dụng
bộ biến đổi DC-DC 2 chiều full-bridge.Một bộ nghịch lưu nguồn áp được sử dụng
cho việc kết nối tới lưới. ngoài ra việc bổ sung thêm modul dự trữ năng lượng cho
phép chuyển đổi năng lượng liên tục cho các phụ tải địa phương trực tiếp từ hệ
thống động cơ đốt trong trong trường hợp mất điện lưới.
G
May phat
Dong co
luoiBien ap 3 pha
ac quy
DC-DC
Hình 1.31: Cấu trúc điện tử công suất với hệ thống lai ắc quy
1.6. HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ , TUA BIN , BÁNH ĐÀ
1.6.1. Hệ thống gió
a, Khái quát chung
Tubin gió chuyển đổi năng lượng động năng thành năng lượng cơ học nó có
thể chuyển đổi thành năng lượng điện cùng với một máy phát. Năng lượng thường
được tạo ra cùng với một máy phát điện cảm ứng hoặc cùng với một máy phát điện
đồng bộ. Công suất đầu ra thường nằm giữa khoảng 10kW đến 2,5MW và năng
lượng gió được thu thập lại sử dụng cánh quạt và được ghép nối tới roto của máy
33

34. EBOOKBKMT.COM
phát. Năng lượng chỉ được phát ra khi có gió thổi, giống như hệ thống PV không
mất chi phí nhiên liệu, nhưng yêu cầu phải bảo dưỡng định kỳ cho tuabin gió. Một
tuabin gió 100kW được thể hiện trong hình 1.32
Hình 1.32: Tua bin gió 100KW.
b, Cấu hình của hệ thống tuabin gió
Trong hai thập kỷ qua, năng lượng gió đã trưởng thành lên một mức tiến bộ
nó đã trở thành nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi như là một công nghệ hữu
ích. Sự tăng trưởng của thị trường tua bin gió trên toàn thế giới trong năm năm qua
đã được khoảng 30% một năm, và năng lượng gió đang đóng một vai trò ngày càng
quan trọng trong phát điện. Các thành phần chính của hệ thống năng lượng gió
thông dụng được minh họa trên hình 1.33, bao gồm cánh tuabin, hộp số, máy phát
điện, biến áp, điện tử công suất tiềm năng.
Hình 1.33: Thành phần chính của máy phát điện sức gió
34

35. EBOOKBKMT.COM
Công nghệ tuabin hiện đại về cơ bản có có thể chia thành ba loại :
1. hệ thống không có điện tử công suất
2. hệ thống cùng với các phần điện tử công suất
3. hệ thống đầy đủ giao diện điện tử công suất cho tua bin gió
Hệ thống tubin gió không có điện tử công suất sử dụng một máy phát điện cảm
ứng. Các tua bin gió quay trục roto của roto lông sóc của máy phát điện cảm ứng
được ghép nối trực tiếp với lưới mà không sử dụng bất kỳ một giao diện điện tử
công suất nào. Tua bin gió phải hoạt động ở một tốc độ không đổi và điều chỉnh tốc
độ roto bằng cách điều khiển bước cánh quạt của tuabin gió. Máy phát điện cảm
ứng đỏi hỏi công suất phản kháng để hoạt động có thể được cung cấp từ lưới hoặc
từ các tụ điện ghép nối với các cực của máy phát.Những máy này không thể cung
cấp công suất phản kháng và thường yêu cầu một khởi động mềm để giảm dòng
khởi động trong quá trình khởi động. Hình 1.34 cho thấy cấu hình cơ bản của thiết
kế này.
Hình 1.34: Ghép nối trực tiếp máy phát điện với cấu trúc điện tử công suất
Hệ thống cùng với một phần thiết bị điện tử công suất yêu cầu một máy điện cảm
ứng roto dây quấn ở đó cả hai cuộn dây roto và stato đều có thể tiếp cận được.
Năng lượng từ roto quay được thu thập thông qua các vành trượt.đầu ra của máy
phát được đưa qua một bộ chỉnh lưu PE (power electronics) và hệ thống biến tần
chuyển đổi tần số biến thiên vào lưới thích hợp với nguồn AC có điện áp và tần số
phù hợp.hình 1.35 cho thấy hệ thống tua bin gió ở đó máy phát điện là máy phát
cảm ứng roto dây quấn. Một điện trở được điều khiển bởi điện tử công suất bổ sung
35

36. EBOOKBKMT.COM
vào roto cho việc thay đổi tốc độ từ 2-4%. Giải pháp này cũng cần một khởi động
mềm và bộ bù công suất phản kháng.
Một bộ biến đổi công suất trung bình cùng với một máy phát roto cảm ứng roto dây
quấn gọi là máy phát đôi(DFIG) như hình 1.35(b). Một bộ biến đổi công suất được
ghép nối với roto thông qua các vành trượt để điều khiển dòng roto. Thiết kế này
cho phép tua bin gió có tỷ số tốc độ hoạt động thay đổi. Nếu máy phát chạy với tốc
độ siêu đồng bộ thì năng lượng được phân phối cả roto và stato, nhưng phương
pháp này chi phí cao hơn phương pháp cổ điển , lợi ích của phương pháp này là
cung cấp và bù được công suất phản kháng và năng lượng thu được từ các tua bin
gió tăng lên. Lắp ráp này cho phép cuộn dây stato nhỏ hơn bình thường khoảng
25% cùng với việc ghép các thiết bị điện tử công suất làm cho công suất roto có sự
khác biệt.
Hình 1.35: Máy phát điện cảm ứng cùng với modul điện tử công suất
Dạng thứ 3 của việc thiết kế tua bin gió thể hiện như ở hình 1.36. hệ thống sử dụng
đầy đủ các thiết bị điện tử công suất cho giao diện của tua bin gió vào lưới. Hệ
thống phát điện sử dụng máy phát đồng bộ thông thông thường hoặc máy phát điện
đồng bộ nam châm vĩnh cửu để chuyển đổi năng lượng gió tới đầu ra có điện áp,
36

37. EBOOKBKMT.COM
tần số thay đổi cùng với sự thay đổi của tốc độ. Các bộ chỉnh lưu và nghịch lưu sau
đó được sử dụng để chuyển đổi đầy đủ năng lượng danh định của máy tới năng
lượng tương thích với hệ thống lưới.cấu trúc này sẽ gây tổn thất năng lượng trong
quá trình chuyển đổi ,nhưng nó sẽ cung cấp bổ sung khuếch đại năng lượng nhờ
phẩm chất kỹ thuật của nó. Thiết kế này cho phép tua bin gió hoạt động ở chế độ
tốc độ thay đổi, cho phép thu được nhiều năng lượng gió hơn.
Hình 1.36: Cấu trúc máy điện đồng bộ
c, Cấu trúc điện tử công suất
Một cấu trúc điện tử công suất điển hình sử dụng cho máy phát điện đồng bộ
nam châm vĩnh cửu như ở hình 1.37. Điện áp ,tần số đầu ra thay đổi của tua bin gió
được chỉnh lưu bằng cầu diot. Cùng với sự thay đổi tốc độ của máy phát đồng bộ ,
điện áp bên DC của cầu chỉnh lưu sẽ thay đổi. Để duy trì điện áp DC link của biến
tần một bộ tăng áp được sử dụng để đua vào bộ chỉnh lưu điện áp. Như vậy khi ta
nhìn từ nguồn DC của biến tần thì hệ thống máy phát chỉnh lưu được mô hình hóa
thành một nguồn dòng lý tưởng. Tín hiệu từ đầu ra của bộ chỉnh lưu này được đưa
vào bộ lọc để san phẳng điện áp một chiều nhờ tụ điện lớn. tín hiệu DC sau đó
được nghịch lưu thông qua các thiết bị bán dẫn tạo thành điện áp ba pha 60Hz.
Dạng sóng điện áp này sau đó được điều chỉnh bằng cách sử dụng một biến áp để
điện áp phù hợp với lưới.Máy phát được tách rời với lưới nhờ một nguồn áp DC
link. Do vậy bộ PE cung cấp một đặc tính điều chỉnh tuyệt vời cho hệ thống năng
lượng sức gió. Bộ biến đổi công suất tới lưới cho phép điều khiển công suất tác
37

38. EBOOKBKMT.COM
dụng và công suất phản kháng nhanh chóng. Tuy nhiên mặt tiêu cực đây là một hệ
thống phức tạp và các thiết bị điện tử công suất đòi hỏi phải rất nhạy cảm.
Hình 1.37: Cấu trúc máy phát điện đồng bộ sử dụng bộ tăng áp
Các bộ điện tử công suất yêu cầu cho hệ thống DFIG bao gồm bộ biến đổi PWM
AC-DC-AC. Cuộn dây stato được ghép nối trực tiếp với lưới 60Hz trong khi roto
cung cấp tần số thay đỏi thông qua các bộ biến đổi AC-DC-AC. Một cấu trúc điển
hình của DFIG như hình 1.38. sử dụng cách bố trí back-to back cùng với DC link
để chuyển đổi năng lượng. Bên phía AC của bộ chỉnh lưu được ghép nối roto của
máy phát cảm ứng thông qua các vành trượt. Đầu ra của biến tần được ghép nối với
lưới. hệ hống này thuộc loại tốc độ thay đổi tần số không đổi. Cấu hình của DFIG
thường sử dụng cho các hệ thống năng lượng sức gió có công suất trên 1MW
Hình 1.38: Bộ biến đổi AC-DC-AC cho DFIG
38

39. EBOOKBKMT.COM
1.6.2. Tua bin
a, Khái quát chung
Tua bin đã được phát triển và ứng dụng cho việc sử dụng điện. Công suất
đầu ra của tuabin thường nằm trong khoảng 30kw đến 400kw. Chúng được sử dụng
cho các hệ thống phân phối năng lượng được tạo ra hoặc kết hợp với các hệ thống
làm mát, sưởi.
Tuabin có thể đốt cháy nhiều nhiên liệu như khí tự nhiên, khí gas, xăng,
diesel, dầu hỏa , dầu mỏ, rượu, propan, khí metan, và khí nấu. Đa số các thiết bị
công nghiệp ngày nay thường sử dụng khí gas tự nhiên làm nhiên liệu chính của họ.
Các tua bin hiện đại đã tiến triến đáng kể với các thành phần tiến bộ như bộ biến
tần, bộ trao đổi nhiệt, điện tử công suất, truyền thông, và hệ thống điều khiển.Trong
hầu hết các cấu hình, các trục của tua bin quay lên tới tốc độ 120000RPM điều
khiển máy phát ở tốc độ cao. Đầu ra tần số cao của máy phát đầu tiên được chỉnh
lưu và sau đó chuyển đổi thành nguồn xoay chiều AC. Các hệ thống có khả năng
cung cấp năng lượng tại hiệu suất khoảng 25-30% bằng cách sử dụng bộ chuyển
đổi nhiệt để chuyển đổi nhiệt năng từ dòng khí thải trở vào dòng khí vào. Các hệ
thống được làm mát bằng không khí, và thậm chí sử dụng ổ đỡ không khí để loại
bỏ nước và hệ thông dầu. kích thước của tua bin thích hợp cho các tòa nhà thương
mại hoặc các trung tâm công nghiệp , cho các ứng dụng kết hợp nhiệt và điện hoặc
cho các ứng dụng điện, một hệ thống tua bin điển hình như ở hình 1.39.
Hình 1.39: Tua bin
39

40. EBOOKBKMT.COM
b ,Cấu hình của hệ thống tua bin
Cấu tạo của trục xác định nhiều đặc điểm quan trọng của tua bin mà cuối
cùng nó sẽ ảnh hưởng tới các yêu cầu của điện tử công suất và hệ thống điều khiển.
Cơ bản có hai loại cấu trúc trục: trục đơn và trục chia thành nhiều phần. Ở một tốc
độ cao, thiết kế trục đơn, máy nén và tun bin được lắp trên cùng một trục và máy
phát quay với tốc độ từ 90000 đến 120000 vòng trên phút. Các tua bin điều khiển
một máy phát tần số cao có thể là đồng bộ hoặc không đồng bộ. Việc thiết kế roto
lồng sóc ở máy phát không đồng bộ (hoặc cảm ứng) hướng tới chế tạo it tốn kém
hơn máy phát đồng bộ. máy phát điện đồng bộ với roto là phần cảm đựơc thiết kế
sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây cùng bổ sung phần cứng cho việc cung
cấp dòng điện. Mặc dù máy phát điện không đồng bộ hiếm khi sử dụng trong công
nghiệp cho ứng dụng của tua bin, nó phổ biến trong các hệ thống phân phối năng
lượng khác như năng lượng gió.
ở ứng dụng thông thường tua bin tốc độ thấp,máy phát điện đồng bộ có nhiều ưu
điểm như có thể ghép nối trực tiếp với lưới nếu tốc độ được điều chỉnh một cách
đúng đắn. Thường điều này không ứng dụng cho các tua bin tốc độc cao. Đối với
tất cả các loại máy phát điện, tạo ta điện áp ba pha tần số cao thường nằm trong
khoảng 1000Hz đến 3000Hz phải được chuyển đổi thanh tần số dòng trước khi
thích ứng với các ứng dụng cho người sử dụng hoặc cho lưới. Hình 1.40 cho thấy
một sơ đồ chung của hệ thống máy phát tua bin cùng với một bộ biến đổi công suất
bộ biến đổi công suất về bản chất để chuyển đổi điện áp tần số cao thành điện áp
tần số 60Hz.Bộ biến đổi công suất cũng có thể được thiết kế để cung cấp giá trị phụ
thuộc vào yêu cầu của người sử dụng và lưới. Các phục này như : hỗ trợ điện áp, bù
tĩnh.
40

41. EBOOKBKMT.COM
Hình 1.40: Cấu trúc cơ bản của hệ thống tuabin
Với trục đơn, hệ thống tua bin tốc độ cao có thể có nhiều cấu hình phụ thuộc vào
các bộ biến đổi công suất.Cấu trúc phổ biến nhất cho bộ biến đổi công suất được sử
dụng để ghép nối hê thống tua bin với lưới là bộ biến đổi DC link. Điện năng tần số
cao từ máy phát phải được chuyển đổi thành DC đầu tiên sử dụng một bộ chỉnh lưu
cầu diot thụ động hoặc sử dụng một bộ chỉnh lưu tích cực. sau đó sử dụng DC link
để tạo thành điện áp ba pha tần số 60Hz sử dụng bộ nghịch lưu DC-AC. Hình 1.41
cho thấy hệ thống máy phát tua bin cung cấp nguồn tới lưới sử dụng bộ biến đổi
ĐC link.
Hình 1.41: Tua bin cùng với bộ biến đổi DC link
Loại khác của hệ thống chuyển đổi năng lượng có lợi ích cao sử dụng bộ biến đổi
tần số cao . Hình 1.42 cho thấy hệ thống máy phát tua bin cung cấp nguồn ba pha
tới bộ chỉnh lưu sau đó DC chuyển đỏi thành tần số cao sử dụng bộ nghịch lưu một
pha, vì mậy một biến áp tần số cao được sử dụng. phía thứ cấp của biến áp đưa đến
một bộ biến đổi AC-AC nó đưa điện áp một pha tần số cao thành điện áp ba có điện
41

42. EBOOKBKMT.COM
áp và tần số phù hợp cho việc ghép nối trực tiếp với lưới. Mặc dù HFLC(high-
frequency link converter) đòi hỏi số thành phần nhiều hơn, mạch cung cấp một số
lợi thế bao gồm việc sử dụng một máy biến áp cho cách ly tốt, sử dụng máy biến áp
tần số cao nhỏ gọn, bổ sung cách ly giữa tải và nguồn một cách đơn giản nhờ thêm
cuộn dây và loại bỏ sự cần thiết cho chuyển mạch tĩnh.không có nhà sản xuất tua
bin các hệ thống ngày nay sử dụng HFLC nhưng chắc chắn rằng nó là một cấu hình
có nhiều lới thế trong tương lai do kích thước bộ biến đổi nhỏ, ít thụ động và lợi ích
khác như dự trên hệ thống tần số cao.
Hình 1.42: Cấu hình hệ thống tua bin với bộ biến đổi công suất HFAC
Hạn chế của chuyển đổi AC-DC-AC là kích thước lớn, nặng và dư thừa dung
lượng của thành phần DC link , chẳng hạn như các tụ DC, độ tin cậy của tụ thấp.
Để khắc phụ những vấn đề này sử dụng bộ biến đổi ma trận(biến tần ma trận)được
sử dụng để ghép nối máy phát tua bin với lưới thay vì sử dụng bộ chỉnh lưu và
nghịch lưu. Bộ biến đổi này như hình 1.43 chuyển đổi trực tiếp điện áp AC thành
điện áp AC có độ lớn và tần số thay đổi được. vì lý do này nó goi là “chuyển đổi
tần số ” những khó khăn của bộ biến đổi này là số lượng thiết bị chuyển mạch
nhiều so với phương pháp DC link. Và nó không có dc hoặc AC link để lưu trữ
năng lượng. không có lưu trữ năng lượng , bất kỳ dao động ở bên nào cung sẽ ảnh
hưởng trực tiếp tới bên kia. Ngoài ra không giống như bộ biến đổi DC link hoặc
HFLC, nó không thể ghép nối tới ăc quy hoặc nguồn điện khác để thực hiện chuyển
đổi này.biến tần ma trận vẫn có thể sử dụng cho hệ thống tua bin với biến tần tần số
cao. Thay vì chuyển đổi điện áp của máy phát thành DC và sau đó chuyển đổi
thành AC tần số cao. bộ biến đổi ma trận có thể chuyển đổi trực tiếp điện áp ba pha
thành điện áp một pha tần số cao.
42

43. EBOOKBKMT.COM
Hình 1.43: Hệ thống tua bin với bộ biến đổi AC-AC
c, Cấu trúc điện tử công suất
Dựa trên những giả thiết đã trình bày trong các phần trước có hai cấu trúc
ddienj tử công suất cơ bản có thể sử dụng cho hệ thống tua bin.Cấu trúc đầu tiên
gồm có hai bộ biến đổi và bus DC chung, một bộ chuyển đổi điện áp đầu ra AC tần
số cao của tua bin thành điện áp DC. Bộ chuyển đổi thứ hai là bộ DC-AC chuyển
đổi thành điện áp 60Hz và tương thích với AC để ghép nối với lưới. Cấu trúc thứ
hai cho hệ thống tua bin là chuyển đổi trực tiếp AC-AC sử dụng bộ biến đổi ma
trận. Cấu trúc HFLC vẫn mới là khái niệm nó chưa được đưa ra ở đây.
Một bộ biến đổi điện tử công suất hai chiều cho phép các bộ điều khiển tái sinh của
máy phát tần số cao được chỉ ra trong hình 1.44(a). Các bộ chỉnh lưu tích cực được
sử dụng cho bộ chuyển đổi AC-DC. Hình 1.44(b) chỉ ra một sơ đồ đơn giản hơn ở
đó điện áp máy phát được chỉnh lưu bởi một càu diot thụ động và được đưa vào
biến tần để đưa tới lưới. sơ đồ cung cấp bởi hình 1.44 (a) thì linh hoạt hơn vì nó
cung cấp đặc các đặc tính khởi động, nhưng nó yêu cầu các tín xử lý và thiết bị
chuyển mạch nhanh. Mặt khác hình 1.44(b) thì yêu cầu các linh kiện điện tử công
suất chuẩn, bổ sung đặc tính khởi động của động cơ làm tối ưu tốc đôh máy phát.
Hầu hết các tua bin trên thị trường được cấu tạo với một bộ chỉnh lưu (front-end)
như ở hình 1.44(b) làm cho chi phí thấp và độ phức tạp ít hơn.
43

44. EBOOKBKMT.COM
Hình 1.44: Cấu trúc điện tử công suất dựa trên DC link
Như đã nói ở phần trước giới hạn chính của bộ chuyển đổi AC-DC-AC là có kích
thước vật lý lớn , nặng và dụng lượng lớn của thành phần DC link và độ chính xác
của tụ điện thấp.Một bộ chuyển đổi AC –AC trực tiếp của biến đổi ma trận có thể
sử dụng cho tua bin nhỏ và giao diện lưới như một bộ biến đổi AC-DC-AC thông
thường. Bộ biến đổi ma trận loại bỏ thành phần DC link và quyết định kích thước,
khối lượng và độ chính xác. Những hạn chế chính cúa biến đổi ma trận là yêu cầu
cho bộ điều khiển on-off, các thiết bị chuyển mạch 2 chiều được thực hiện qua
ghép nối back to back của các IGBT. Điều này có thể gây ra các tổn thất chuyển
mạch cao hơn so với hệ thống chuyển đổi AC- DC- AC. Ngoài ra tụ DC của cấu
trúc AC-DC-AC cung cấp các điện cực tương thích với một giao diện dự trữ năng
lượng. Bộ biến đổi ma trận do cấu trúc bên trong của nó loại bỏ những phần tùy
chọn. Do đó, các dự phòng khác được tạo ra nếu năng lượng dự trữ phải bao gồm
một phần tích hợp của hệ thống tua bin. Cũng vậy, trong bộ biến đổi không có hệ
thống tích trữ năng lượng thì bất kì dao động tại bên nào của bộ biến đổi thì cũng
ảnh hưởng trực tiếp đến phía bên kia của bộ biến đổi.
44

45. EBOOKBKMT.COM
1.6.3. Hệ thống bánh đà
a,Khái quát chung
Hệ thống bánh đà là một hệ thống lưu trữ năng lượng rất phổ biến do sự đơn
giản của việc lưu trữ động năng trong một khối quay. Trong khoảng 20 năm nó là
một kỹ thuật chính sử dụng để hạn chế sự gián đoạn năng lượng của động cơ ,máy
phát ở đó bánh răng thép tăng mô mem quán tính , cung cấp năng lượng bị gián
đoạn bảo vệ và ổn định năng lượng. Hệ thống lưu trữ năng lượng bánh đà làm việc
theo nguyên tắc: nó lưu trữ năng lượng dưới dạng hình thức của khối quay.
Chuyển đổi từ động năng thành năng lượng điện được thực hiện bằng máy móc cơ
điện. Có nhiều loại máy phát được sử dụng cho hệ thống bánh đà, như máy phát
nam châm vĩnh cửu, máy cảm ứng, máy chuyển mạch từ trở. Các yếu tố thiết kế là
để phù hợp với tốc độ giảm của bánh đà trong quá trình xả và tốc độ tăng quá trình
nạp với một tần số cố định của hệ thống điện. Cùng với máy điện , hai phương
pháp được sử dụng để phù hợp với tần số của hệ thống, bộ ly hợp cơ khí, và điện tử
công suất. Quá trình hoạt động của bánh đà có thể được tóm tắt như sau: khi có
năng lượng dư thừa được tạo ra cùng với nhu cầu của tải, sự khác biệt là được lưu
trữ ở bánh đà nó được truyền động bới máy điện hoạt động như một động cơ. Mặt
khác, khi một dao động ở nguồn đưa vào tải được phát hiện, máy điện được điều
khiển bởi bánh đà hoạt động như một máy phát cung cấp thêm năng lượng cần
thiết.
FESS sử dụng điện tử công suất nó chuyển đổi và điều chỉnh năng lượng đầu ra từ
bánh đà. Khi động cơ máy phát đưa ra năng lượng cơ học trong thời gian xả, roto
chậm lại, thay đổi tần số AC đầu ra. Đầu ra phải được chuyển dổi thành DC hoặc
nguồn AC có tần số không đổi. Khi điện tử công suất được sử dụng đầu ra AC có
tần số thay đổi được chỉnh lưu ,cung cấp điện áp và dòng điện DC. Mục đích cơ
bản của hệ thống điện tử công suất ghép lưới điện có tần số cố định cùng với hệ
thống bánh đà có tốc độ thay đổi và ngược lại, điều chỉnh , cung cấp dạng sóng
chuẩn cho việc cung cấp điện tới lưới. bằng cách đảo ngược lại quá trình, điện tử
45

46. EBOOKBKMT.COM
công suất cũng có thể lấy năng lượng kết nối từ lưới và điều khiển quay động cơ
bánh đà, nạp lại cho bánh đà.
Hệ thống bánh đà điển hình nhằm mục đích cho các ứng dụng dự phòng điện. quá
trình lắp ráp hệ thống dự trữ năng lượng được thiết kế để hoạt động ở tần số cao
(điển hình trên 10000RPM) để đạt được mật độ dự trữ năng lượng cao nhất Các
động cơ , máy phát điện có roto được gắn trên một trục được tích hợp vào bánh đà.
Một hệ thống nam châm hữu công hỗ trợ trục hướng tâm. Hai hệ thống gối đỡ từ hỗ
trợ cuối trục cho hoạt động không ma sát và không cần bảo dưỡng. Việc lắp ráp
roto bánh đà quay ở môi trường áp suất thấp để giảm tổn thất khi kéo. Bánh đà
thường được ghép nối tới hệ thống động cơ ba , máy phát . Một mặt cắt của bánh
đà thương mại trình bày ở hình 1.45.
Hình 1.45: Modul dự trữ năng lượng dùng bành đà
b, Cấu hình của hệ thống dự bánh đà.
Các hệ thống lưu trữ năng lượng bánh đà (fess) có thể được phân thành hai
loại. Công nghệ đầu tiên được dựa trên tốc độ bánh đà thấp (lên tới 6000 vòng /
phút) với roto bằng thép và vòng bi thông thường . Thứ 2 liên qua đến hệ thống
bánh đà tốc độ cao(lên tới 60000RPM) nó có giá trị thương mại và sử dụng bánh đà
hỗn hợp tiên tiến. có năng lượng và mật độ điện cao hơn bánh đà thép. Công nghệ
này yêu cầu ma sát cực nhỏ, giống như gối đỡ từ.
46

47. EBOOKBKMT.COM
Bánh đà có thể cũng sử dụng như ắc quy để giảm số chu kỳ xả của ắc quy và để
kéo dài tuổi thọ của ắc quy. Bánh đà có thể cũng được sử dụng như máy phát dự
phòng để cung cấp năng lượng trong việc chỉnh lại khi năng lượng bị sự cố. việc sử
dụng năng lượng chính của bánh đà là cho ứng dụng phân phối năng lượng để cung
cấp được điện áp và tần số điều chỉnh được cho lưới. Các thành phần điện chính
của một hệ thống dữ trữ năng lượng bánh đà bao gổm có môt bộ nghịch lưu hai
chiều, bộ dẫn động thay đổi được tốc độ và bộ điều khiển.một modul điện tử điều
khiển điều khiển điện tử công suất để hoạt động ở chế độ nạp, xả và dự phòng.
Cấu hình phổ biến nhất để cung cấp năng lượng của bánh đà là bộ biến đổi như
hình 1.46. Đầu ra AC của máy phát điện bánh đà đầu tiên được chuyển đổi thành
nguồn một chiều. Bus DC khi đó được ghép nối với bộ biến đổi DC-AC cho việc
ghép nối với lưới. Trong chu kỳ nạp, bộ biến đổi ghép nối với lưới làm việc như
một bộ chỉnh lưu, còn bộ biến đổi ghép nối với máy phát bánh đà làm việc như một
bộ nghịch lưu. Trong chu kỳ xả hai bộ biến đổi trao đổi vai trò của mình để cung
cấp nguồn từ hệ fess tới lưới.Trong cấu hình này hệ thống bánh đà nhiều bậc thể
hiện như ở hình 1.46(b), có thể được ghép nối với lưới qua các bus DC có tần số,
điện áp điều chỉnh được và nguồn dự phòng cho tải. Bánh đà nhiều bậc có thể cung
cấp dung lượng dự trữ năng lượng cao hơn mức năng lượng mà nó sẽ cung cấp.
47

48. EBOOKBKMT.COM
Hình 1.46: Hệ FESS cùng với bộ biến đổi DC link
Tương tự như hệ thống dự trữ năng lượng ắc quy, hệ thống bánh đà có thể được sử
dụng song song với các nguồn năng lượng tái tạo để hạn chế dao động của đầu ra
tải. tắt dần độ cong và sự thay đổi tần số của điện áp đầu ra, hệ thống bánh đà có
khả năng tới mười nghìn chu kỳ, nó là giải pháp tối ưu cho ứng dụng của hệ thống
nhiều chu kỳ mà hệ thống ắc quy điện khổn có lợi. fess có thể được sủ dụng cùng
với ắc quy để làm giảm chu kỳ xả của ắc quy nhằm kéo dài tuổi thọ của ắc quy.
Hình 1.47 là một trong những hệ thống lai mà ở đó hệ fess cùng với một hệ thống
năng lượng sức gió. Hệ bánh đà được tích hợp vào bus DC của hệ thống năng
lượng sức gió bằng cách sử dụng một bộ biến đổi DC-AC hai chiều.Có nhiều hệ
thống lai tùy thuộc vào nguồn năng lượng sơ cấp và hệ fess được tích hợp vào hệ
thống.
48

49. EBOOKBKMT.COM
Hình 1.47: Hệ thống lai giữa hệ FESS và hệ thống gió
c, Cấu trúc điện tử công suất
Cấu trúc phổ biến nhất cho hệ fess bao gồm một bộ biến đổi DC-AC dược
ghép nối với lưới, và một bộ biến đổi bánh đà hai chiều AC-DC, có một bus DC
chung nhất.Trong chu kỳ xả bộ biến đổi bánh đà làm việc như một bộ chỉnh lưu và
bộ biến đổi ghép nối với lưới làm việc như một bộ nghịch lưu để điều khiển dòng
điện lưới bằng PWM. Trong chu kỳ nạp đảo ngược vai trò của các bộ biến đổi và
nguồn chảy từ lưới tới bánh đà. Tùy thuộc vào ghép nối trên lưới mà bộ biến đổi
ghép nối tới lưới có thể là một pha hoặc ba pha một cấu trúc đơn giản như ở hình
1.48. Việc cách ly được thực hiên bằng máy biến áp ba pha ghép nối tới bộ biến đổi
lưới.
Hình 1.48: Cấu trúc điện tử công suất dựa trên DC link
Một sửa đổi của cấu trúc thông thường dựa trên DC link là bổ sung một bộ biến đổi
DC-DC ở giữa bánh đà và DC link. Một thiết bị chuyển mạch ở trong cấu trúc sẽ
49

50. EBOOKBKMT.COM
khóa khi làm việc ở chế độ nạp để loại bỏ bộ biến đổi DC-DC.Cấu trúc này là hữu
ích khi mà ghép nối biến áp là không bắt buộc cho cách ly.
50

51. EBOOKBKMT.COM
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU BỘ CÁC BIẾN ĐỔI DC-DC
2.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC
Mục đích của bộ biến đổi DC-DC là tạo ra điện áp một chiều được điều
chỉnh để cung cấp cho các phụ tải biến đổi. Trong một số trường hợp điện áp một
chiều được tạo ra bằng cách chỉnh lưu từ lưới có điện áp biến thiên liên tục.Bộ biến
đổi DC-DC thường được sử dụng trong các yêu cầu điều chỉnh được công suất
nguồn một chiều ,ví dụ như máy tính, thiết bị đo lường, thông tin liên lạc , nạp điện
cho ắc quy ngoài ra bộ biến đổi DC-DC còn được sử dụng để điều chỉnh tốc độ
động cơ một chiều.
Các bộ biến đổi DC-DC là các bộ biến đổi xung nó có thể là các bộ biến đổi một
góc phần tư, hai góc phần tư và bốn góc phần tư. Bộ giảm áp Buck và bộ tăng áp
Boost là các cấu trúc biến đổi một góc phần tư cơ bản. Bộ biến đổi xung hai góc
phần tư là bộ biến đổi xung đảo chiều dòng điện. Ở bộ biến đổi xung một góc phần
tư ,giá trị trung bình điện áp một chiều đầu ra luôn được giữ ở một mức cần thiết kể
cả khi có sự thay đổi bất thường điện áp đầu vào và điện áp đầu ra tải .các bộ biến
đổi xung này chỉ làm việc ở góc phần tư thứ nhất của mặt phẳng tải .Điện áp ra và
dòng điện luôn có giá trị dương .Vì vậy bộ biến đổi này gọi là bộ biến đổi xung một
góc phần tư. Bộ biến đổi xung hai góc phần tư có khả năng hoạt động ở hai góc
phần tư của mặt phẳng tải (v-i). Do vậy điện áp vào và điện áp ra luôn dương , tuy
nhiên dòng điện đầu vào và dòng điện đầu ra có thể dương hoặc âm. Do đó một số
bộ biến đổi còn có tên là bộ biến đổi xung đảo dòng. Bộ biến đổi xung hai góc phần
tư bao gồm hai bộ biến đổi xung cơ bản là bộ biến đổi xung tăng áp và bộ biến đổi
xung giảm áp.
51

52. EBOOKBKMT.COM
Hình 2.1: Bộ biến đổi xung đảo dòng
Bộ giảm áp thì bao gồm S1 và D1, công suất thì được cung cấp từ nguồn đến tải.Bộ
tăng áp thì gồm S2 và D2 công suất thì được chảy ngược về nguồn.Các bộ biến đổi
xung đảo dòng có thể chuyển từ chế độ nguồn cung cấp sang chế độ tái sinh rất
thuận lợi và rất nhanh chóng chỉ bằng các tín hiệu điều khiển cho S1và S2 mà không
cần bất cứ chuyển mạch cơ khí nào. Trong bộ biến đổi xung bốn góc phần tư không
chỉ dòng điện ra có thể âm hoặc dương mà điện áp ra cũng có thể âm hoặc
dương .Bộ biến đổi xung này là bộ biến đổi cầu DC-DC Full-bridge, như ở hình 2.2
. Ưu điểm chính của bộ biến đổi này là điện áp trung bình đầu ra có thể điều chỉnh
được độ lớn cũng như cực tính . Một bộ biến đổi xung bốn góc phần tư là sự kết
hợp của hai bộ biến đổi xung hai góc phần tư để có được điện áp trung bình là âm
hay dòng điện trung bình là âm .
Hình 2.2: Bộ biến đổi xung bốn góc phần tư
52

53. EBOOKBKMT.COM
Bộ biến đổi DC-DC là bộ biến đổi công suất bán dẫn, có hai cách để thực hiện
các bộ biến đổi DC-DC kiểu chuyển mạch: dùng các tụ điện chuyển mạch và dùng
các điện cảm chuyển mạch. Dùng các tụ điện chuyển mạch thì chúng ta phải
tạo được nguồn dòng là tín hiệu đầu vào còn với việc dùng điện cảm
chuyển mạch thì đầu vào là nguồn áp ta thấy dùng điện cảm chuyển mạch
sẽ đơn giản hơn vì tạo ra một nguồn áp dẽ dàng hơn tạo ra một nguồn
dòng, giải pháp dùng điện cảm chuyển mạch có ưu thế hơn ở các mạch công
suất lớn.
Các bộ biến đổi DC-DC cổ điển dùng điện cảm chuyển mạch bao gồm: buck
(giảm áp) boost (tăng áp), và buck-boost/inverting (đảo dấu điện áp). Hình 2.3
thể hiện sơ đồ nguyên lý của các bộ biến đổi này. Với những cách bố trí điện
cảm, khóa chuyển mạch, và diode khác nhau, các bộ biến đổi này thực hiện
những mục tiêu khác nhau, nhưng nguyên tắc hoạt động thì đều dựa trên hiện
tượng duy trì dòng điện đi qua điện cảm. Các bộ bộ biến đổi DC-DC thường được
sử dụng trong các hệ thống năng lượng tái tạo như các hệ thống quang điện, pin
nhiên liệu ắc quy và cá hệ thống gió và bánh đà để chuyển đổi điện áp một chiều
thành điện áp phù hợp cho các ứng dụng hoặc có biên độ thích hợp để chuyển đổi
thành điện áp xoay chiều trược khi đưa vào lưới, các bộ DC-DC cách ly có tác
dụng cách ly và giảm tổn thất do ta sử dụng biến áp xung.
2.2. CÁC BỘ BIẾN ĐỔI KHÔNG CÁCH LY
2.2.1. Bộ biến đổi buck
a, Nguyên tắc hoạt động
Bộ giảm áp tạo ra điện áp DC đầu ra nhỏ hơn điện áp đầu vào ,việc điều
khiển các khóa chuyển mạch rất đơn giản ,chỉ đóng và mở các khóa theo chu kỳ kết
quả là tạo ra điện áp DC đầu ra nhỏ hơn đầu vào.Bộ buck converter thông thường
để điều chỉnh điện áp nguồn cung cấp chất lượng cao như mạch nguồn máy tính và
53

54. EBOOKBKMT.COM
các thiết bị đo lường .Bộ buck converter còn được sử dụng để diều chỉnh tốc độ
động cơ một chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.
(a)
(b)
Hình 2.3:Bộ biến đổi buck (a); Điện áp và dòng qua cuộn cảm (b)
Bộ biến đổi buck hoạt động theo nguyên tắc sau: khi khóa (van) đóng,
điện áp chênh lệch giữa ngõ vào và ngõ ra đặt lên điện cảm, làm dòng điện trong
điện cảm tăng dần theo thời gian. Khi khóa (van) ngắt, điện cảm có khuynh
hướng duy trì dòng điện qua nó sẽ tạo điện áp cảm ứng đủ để diode phân cực
thuận. Điện áp đặt vào điện cuộn cảm lúc này ngược dấu với khi khóa (van)
đóng và có độ lớn bằng điện áp ngõ ra cộng với điện áp rơi trên diode, khiến
cho dòng điện qua điện cảm giảm dần theo thời gian. Tụ điện ngõ ra có giá trị
đủ lớn để dao động điện áp tại ngõ ra nằm trong giới hạn cho phép. Ở trạng
54