Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Nghiên cứu điều khiển hệ thống tích trữ năng lượng bánh đà sử dụng biến tần ma trận điều chế gián tiếp và động cơ từ trường dọc trục

Mục đích nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu điều khiển hệ thống tích trữ năng lượng bánh đà sử dụng biến tần ma trận điều chế gián tiếp và động cơ từ trường dọc trục" nhằm nghiên cứu hệ thống FESS sử dụng biến tần ma trận điều chế gián tiếp (IMC) và động cơ từ trường dọc trục đầu ra kép; thiết kế, chế tạo mô hình thử nghiệm động cơ từ trường dọc trục AFPM stator kép sử dụng trong FESS...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Nghiên cứu điều khiển hệ thống tích trữ năng lượng bánh đà sử dụng biến tần ma trận điều chế gián tiếp và động cơ từ trường dọc trục Mở đầu 1. Sự cần thiết của đề tài Hệ thống lưu trữ năng lượng bánh đà (FESS) là công nghệ lưu trữ năng lượng dưới dạng động năng. FESS tham gia vào lưới điện thực hiện các chức năng: cung cấp năng lượng dự phòng hiệu quả giúp cân bằng tải, giảm thiểu sự cố về điện áp giảm tổn thất năng lượng và tăng cường khả năng ổn định của hệ thống điện. Các ứng dụng cụ thể của FESS trong thực tế: điều chỉnh tần số và điện áp lưới, cung cấp điện liên tục (UPS), tích hợp hệ thống năng lượng tái tạo bao gồm lưới điện siêu nhỏ (MG), quân sự, đường sắt và giao thông bao gồm xe điện (EV), hàng không và du hành vũ trụ, … . FESS có nhiều ưu điểm: cung cấp mật độ công suất cao, phản ứng động nhanh, có thể thực hiện hàng nghìn chu kỳ nạp/xả, khả năng nạp/ xả sâu; Trạng thái năng lượng lưu trữ dễ kiểm soát thông qua tốc độ quay; tuổi thọ của hệ thống dài (20 năm-30 năm) và ít phải bảo dưỡng; có khả năng mở rộng khả năng lưu trữ và hầu như không có tác động đến môi trường. Cấu trúc hệ thống FESS gồm động cơ từ trường dọc trục (AFPM) tích hợp bánh đà, điều khiển bởi bộ biến đổi kiểu ma trận gián tiếp (IMC) có ưu thế về mật độ năng lượng cao, tác động nhanh là một trong những xu hướng phát triển hứa hẹn đưa đến những ứng dụng thực tế quan trọng. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ thống tích trữ năng lượng bánh đà sử dụng động cơ từ trường dọc trục stator kép và bộ biến tần ma trận gián tiếp” sẽ tập trung thực hiện thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến đổi công suất 2 chiều và thiết kế, chế tạo thử nghiệm động cơ AFPM stator kép; xây dựng các quy trình thiết kế, chế tạo hệ thống FESS trong điều kiện thí nghiệm. Qua đó đóng góp một phần vào nghiên cứu và phát triển công nghệ lưu trữ năng lượng và lưu trữ năng lượng dạng bánh đà. 2. Mục tiêu nghiên cứu Luận án thực hiện nghiên cứu FESS, trong đó tập trung nghiên cứu và đề xuất phương pháp điều chế, điều khiển bộ biến đổi điện tử công xuất 2 chiều và thiết kế, chế tạo mô hình thử nghiệm máy điện AFPM 2 mặt. Các nội dung nghiên cứu hướng đến ứng dụng trong thực tế và làm nền tảng cho các nghiên cứu chuyên sau về hệ thống tích trữ năng lượng. 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Trong luận án sẽ thực hiện nội dung và phạm vi nghiên cứu gồm: + Hệ thống FESS sử dụng biến tần ma trận điều chế gián tiếp (IMC) và động cơ từ trường dọc trục đầu ra kép, xây dựng quy luật điều chế mẫu xung điều khiển mới cho IMC. + Thiết kế, chế tạo mô hình thử nghiệm động cơ từ trường dọc trục AFPM stator kép. Phân tích và đánh giá các kết quả đạt được trong phạm vi thực hiện trong thưc tế. 4. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm - Nghiên cứu lý thuyết mô hình hóa và mô phỏng phương pháp điều chế, điều khiển bộ biến tần trao đổi năng lượng 2 chiều BTB, IMC, MC. - Nghiên cứu mô hình toán học, mô hình vật lý động cơ AFPM và thiết kế mô phỏng đánh giá cấu hình động cơ ứng dụng trong FESS. - Nghiên cứu và kiểm chứng lý thuyết bằng thực nghiệm chế tạo động cơ AFPM và đo đạc, kiểm tra, phân tich đánh giá động cơ được chế tạo. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài * Ý nghĩa khoa học: Luận án xây dựng được hệ tích trữ năng lượng bánh đà sử dụng AFPM và IMC để điều khiển lưu trữ và trao đổi năng lượng 2 chiều, trong đó: đề xuất luật điều chế mới cho IMC đảm bảo quá trình chuyển mạch van bán dẫn tối ưu; xây dựng mô hình thử nghiệm AFPM stator kép phục vụ cho các nghiên cứu chuyên sâu về loại động cơ này ứng dụng trong FESS. * Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu góp phần hoàn thiện hệ thống FESS để đưa vào ứng dụng thực tiễn; mô hình thử nghiệm AFPM có thể sử dụng trong các thực nghiệm của các nghiên cứu tiếp theo về động cơ và hệ tích trữ năng lượng bánh đà. * Ý nghĩa khoa học: 6. Bố cục của luận án Luận án gồm 4 chương và phần kết luận chung, gồm nội dung chính như sau: 2 Chương 1: Trình bày tổng quan về hệ thống lưu trữ năng lượng bánh đà. Phân tích cấu tạo và đánh giá sự phù hợp, các hướng nghiên cứu hiện nay của bộ biến đổi và động cơ AFPM trong FESS. Từ đó đề xuất hướng nghiên cứu và nội dung thực hiện của luận án. Chương 2: Trình bày các bộ biến đổi công suất 2 chiều sử dụng trong FESS. Đề xuất mô hình bán vật lý của AFPM stator kép. Đề xuất thiết kế điều khiển và mô phỏng cho FESS: cấu trúc BTB đầu ra kép - AFPM stator kép; cấu trúc IMC đầu ra kép - AFPM stator kép, trong đó tập trung giải quyết vấn đề chọn lựa, phân tích, đánh giá và điều khiển bộ BTB và IMC khi thực hiện trao đổi năng lượng 2 chiều. Chương 3: Tính toán thiết kế AFPM stator kép. Lựa chọn thông số và mô phỏng AFPM stator kép sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) 3D, và đánh giá các ...