Tài liệu Luận văn:Nghiên cứu phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu đa bậcNghiên cứu phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khoa công suất ppt

HUTECH
B GIÁO DC VÀ ÀO TO
TRNG I HC K THUT CÔNG NGH TP. HCM



LNG TRN NGHA

NGHIÊN CU PHNG PHÁP IU
KHIN B NGHCH LU A BC GIM
S KHÓA CÔNG SUT


LUN VN THC S

Chuyên ngành : THIT B, MNG VÀ NHÀ MÁY IN
Mã s ngành: 60 52 50


HNG DN KHOA HC: PGS.TS PHAN QUC DNG


TP. H CHÍ MINH, tháng 04 nm 2012
HUTECH



CÔNG TRÌNH C HOÀN THÀNH TI
TRNG I HC K THUT CÔNG NGH TP. HCM

Cán b hng dn khoa hc : PGS.TS PHAN QUC DNG

Cán b chm nhn xét 1 :

Cán b chm nhn xét 2 :

Lun vn thc s đc bo v ti Trng i hc K thut Công ngh TP. HCM
ngày . . tháng . . . nm . . .
Thành phn Hi đng đánh giá lun vn thc s gm:
(Ghi rõ h, tên, hc hàm, hc v ca Hi đng chm bo v lun vn thc s)
1.
2.
3.
4.
5.

nh Xác nh
n ca Ch tch Hi đng đánh giá LV và Khoa qun lý chuyên ngành sau
khi
lun vn đã đc sa cha (nu có).


Ch tch Hi đng đánh giá LV Khoa qun lý chuyên ngành


HUTECH

TR
NG H K THUT CÔNG NGH TP. HCM

PHÒNG QLKH - TSH
C
NG H
ÒA XÃ H
I CH NGHA VIT NAM

c lp - T do - Hnh phúc

TP. HCM, ngày … tháng… nm 2012

NHIM V LUN VN THC S
H tên hc viên: LNG TRN NGHA Gii tính: Nam
Ngày, tháng nm sinh: 24 / 09 / 1986 Ni sinh: CÀ MAU
Chuyên ngành: Thit b, mng và nhà máy đin MSHV: 1081031018
I- TÊN  TÀI:
NGHIÊN CU PHNG PHÁP IU KHIN B NGHCH LU A BC GIM
S KHÓA CÔNG SUT
II- NHIM V VÀ NI DUNG:
1. Gii thiu nghch lu đa bc và ng dng
2. Trình bày cu trúc nghch lu đa bc gim s khóa công sut và phng pháp
điu khin
3. Mô phng b nghch lu đa bc gim s khóa công sut bng
matlab/simulink
4. ánh giá và kt lun
III- NGÀY GIAO NHIM V: 15/09/2011
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIM V: 15/03/2012.
V- CÁN B HNG DN: PGS.TS PHAN QUC DNG

CÁN B HNG DN KHOA QUN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(H tên và ch ký) (H tên và ch ký)

HUTECH






LI CAM OAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cu ca riêng tôi. Các s liu, kt qu
nêu trong Lun vn là trung thc và cha tng đc ai công b trong bt k công
trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rng mi s giúp đ cho vic thc hin Lun vn này đã đc
cm n và các thông tin trích dn trong Lun vn đã đc ch rõ ngun gc.

Hc viên thc hin lun vn


Lng Trn Ngha







HUTECH
LI CM N
Xin gi li cám n chân thành nht đn PGS.TS Phan Quc Dng đã nhit

tình hng dn tôi hoàn thành công trình nghiên cu này.
Xin chân thành gi li cám n đn toàn th quý thy cô trng i hc K
Thut Công Ngh Tp. H Chí Minh đã ging dy, hng dn và to mi điu
kin tt cho tôi hoàn thành công trình nghiên cu này.
Xin cám n các anh ch em lp 10SM ngành Thit B Mng Và Nhà Máy
in đã chia s, h tr, giúp đ trong sut quá trình hc tp va qua.
Cui cùng, nhng quan trng nht, xin gi li cám n đn các thành viên
trong gia đình cùng bn bè đã đng viên, khích l, h tr cách này hay cách
khác cho công vic hc tp ca tôi.

Xin chân thành cm n!
Hc viên thc hin



Lng Trn Ngha







HUTECH
i

TÓM TT  TÀI

 khc phc nhng nhc đim ca phng pháp SHE, hai bài báo [15] &
[16] đã đa ra mt phng pháp đn gin trc tip xác đnh góc kích, bng hai cách

khác nhau, áp dng tính góc kích cho b nghch lu đa bc dng cascaded. Hai
phng pháp này làm gim s lng tính toán cn thit, không gii các phng
trình phi tuyn, ch tính toán mt s hàm lng giác. Trong lun vn này, ch tp
trung phâp tích, ci tin hai phng pháp trong [15] &[16] đ áp dng tính góc kích
cho b nghch lu đa bc gim s khóa công sut trong [3].
Bài báo [3] đã gii thiu mt cu trúc mi v b nghch lu đa bc đó là cu
trúc gim s khóa công sut hn so vi cu trúc truyn thng cùng s bc điu ch,
bài báo này ch xây dng b nghch lu đa bc gim s khóa mà không đ cp đn
phng pháp điu khin nên Lun vn đ xut mt phng pháp điu khin mi
(rút ra t [15] & [16]) cho b nghch lu này. Nó đc kim chng bng mô phng
trong matlab/simulink. Tuy nhiên còn mt s hn ch, ch gim s khóa hn cu
trúc truyn thng khi s bc ln hn 7, s bc điu ch đc ph thuc vào s khóa
trên mi unit và s unit trong mt b.








HUTECH
ii

ABSTRACT

To overcome the disadvantages of the SHE method, two papers [15] & [16]
gave a simple method directly determines conducting angle, for two different ways
to apply determines conducting angle in inverters cascaded. These methods reduce
the amount of computation required, not solving nonlinear equations, calculating

only some trigonometric functions. In this analysis focused measures,
improvements in the two methods [15] & [16] to apply determines conducting angle
for multi-level inverter With Reduced Number of Switches [3].
The paper [3] has introduced a new structure of multi-level inverters are key
structures reduce capacity than traditional structure with some degree of
modulation, this paper only inverter multi-building reduce the number of key steps
that do not mention the method should control thesis proposes a new control
methods (drawn from [15] & [16]) for this inverter. It is verified by simulation in
matlab / simulink. But there are some limitations, only reduce the number of
courses than the traditional structure of rank greater than 7 degrees of modulation
depends on the number keys on each unit and the unit in a set.









HUTECH
iii

MC LC
TÓM TT  TÀI i
ABSTRACT ii
DANH MC T VIT TT v
DANH MC CÁC BNG vi
DANH MC CÁC HÌNH viii
M U 1

Chng 1: TNG QUAN …………… 3
1.1 Gii thiu s lc v b nghch lu đa bc 3
1.2 Mt s cu trúc ph bin ca b nghch lu đa bc 4
1.2.1 B nghch lu đa bc dng diode kèm (Diode-clamped multilevel
converters) 4
1.2.2 B nghch lu đa bc dng t kèm (Flying capacitor multilevel
converters) 6
1.2.3 B nghch lu đa bc dng cascaded (cascaded multilevel
converters) 7
1.3 Các phng pháp điu khin b nghch lu đa bc 9
1.3.1 Phng pháp sóng mang (multilevel carrier-based PWM) 9
1.3.2 Phng pháp vector không gian (multilevel space vector PWM) 12
1.3.3 Phng pháp kh sóng hài chn lc (Selective Harmonic elimination) 14
1.4 Mt s ng dng ca b nghch lu đa bc trong thc t 16
Chng 2: PHÂN TÍCH CU TRÚC B NGHCH LU A BC GIM S
KHÓA VÀ GII THUT IU KHIN 19
2.1 Cu trúc b nghch lu đa bc gim s khóa 19
HUTECH
iv

2.1.1 Cu trúc c bn ghép các khóa 19
2.1.2 So sánh cu trúc gim s khóa vi cu trúc khác 22
2.1.3 Mt s cu trúc ti u 27
2.1.4 Cu trúc ti u cho gim s khóa và kt lun 31
2.2 Phng pháp điu khin 32
2.2.1 Phng pháp on-line xác đnh góc kích cho multilevel cascaded
inverter 32
2.2.2 Phng pháp Kang [16] 45
2.2.3 Phng pháp ci tin cho b nghch lu đa bc gim s khóa 54
2.2.3.1 Phng pháp on-line ci tin cho b nghch lu gim s khóa 54

2.2.3.2 Phng pháp Kang ci tin cho b nghch lu gim s khóa 57
2.2.4 So sánh phng pháp online và phng pháp Kang điu kin cho b nghch
lu đa bc gim s khóa 60
Chng 3: MÔ PHNG B NGHCH LU A BC GIM S KHÓA CÔNG
SUT BNG MATLAB/SIMULINK……………………………………………69
A - XÂY DNG MÔ HÌNH MÔ PHNG BNG MATLAB/SIMULINK 69
B - CHY MÔ HÌNH MÔ PHNG S DNG PHNG PHÁP ONLINE CI
TIN 75
3.1 Mô phng b nghch lu đa bc gim khóa công sut 75
3.2 Kho sát và đánh giá kt qu mô phng 83
Chng 4: KT LUN 85
Kt qu đt đc và hng phát trin
Tài liu tham kho………………………………………………………………….88

HUTECH
v

DANH MC T VIT
TT
PMW (pulse width modulation): điu ch đ rng xung
SPWM (sinusoidal pulse width modulation): điu ch đ rng xung dng sóng sin
THPWM (third harmonic injection pulse width modulation): điu ch đ rng xung
têm hài bc ba
SVM (space vector pulse width modulation): điu ch đ rng xung bng véc t
không gian
SH-PWM (subharmonic pulse width modulation): điu ch đ rng xung vi hài
bi 3
SFO-PWM (switching frequency optimal pulse width modulation): điu ch đ
rng xung vi tn s đóng ct ti u
SHE (Selective harmonic elimination): kh sóng hài chn lc

SDCS: (source dc shares): đin áp ngun đc lp
BJT, MOSFET, IGBT, GTO, IEGT, IGCT, SCR: ký hiu tên các linh kin đin t
công sut
N
step
: s bc ca sóng đin áp ra
N
switch
: s khóa công sut trong b nghch lu
軽
頂銚椎銚頂沈痛墜追
: s ngun dc trong b nghch lu
撃
鎚栂沈痛頂朕
: đin áp đnh ca các khóa
THD%: tng s đ méo dng sóng hài
v
ref
: đip áp tham chiu
肯
賃
: góc điu khin các khóa công sut
V
dc
: đin áp ngun dc
M: t s điu biên
HUTECH
vi

DANH MC CÁC BNG

Bng 1.1 bng trng thái đóng ct các khóa công sut 5
Bng 2.1: Bng trng thái đóng ct các khóa 21
Bng 2.2: So sánh cu trúc gim s khóa [3] vi cu trúc cascaded 26
Bng 2.3: Xác đnh các góc kích cho 11-level bin tn cascaded 36
Bng 2.4: ti u giá tr ca h s d cho khong 0.64 ≤ M ≤ 1 39
Bng 2.5 Các góc kích đc tính bng phng pháp online cho 11-level, ngun dc
cân bng 40
Bng 2.6 Các góc kích đc tính bng phng pháp online cho 13-level, ngun dc
cân bng 42
Bng 2.7 Các góc kích đc tính bng phng pháp online cho 15-level, ngun dc
cân bng 43
Bng 2.8 Các góc kích đc tính bng phng pháp online cho 11-level, ngun dc
không cân bng 44
Bng 2.9 S lng góc kích theo t s điu biên 50
Bng 2.10 Lit kê các góc kích theo các t s điu biên M
i
trong mt inverter 11-
level 50
Bng 2.11: Kt qu tính góc kích, theo phng pháp online 56
Bng 2.12: Kt qu tính góc kích, theo phng pháp Kang 59
Bng 2.13 So sánh THD% gia phng pháp online và phng pháp Kang cho b
nghch lu đa bc gim s khóa, không xét đn hài bi 3 60
Bng 2.14 So sánh THD% gia phng pháp online và phng pháp Kang cho b
nghch lu đa bc gim s khóa, có xét đn hài bi 3 65
Bng 3.1: Bng đóng ct IGBT cho b nghch lu 11-level 75
HUTECH
vii

Bng 3.2: Kt qu tính góc kích, fundamental harmornic 76
Bng 3.3: Bng đóng ct IGBT cho b nghch lu 15-level 77

Bng 3.4: Kt qu tính góc kích, fundamental harmornic 78
Bng 3.5: Bng đóng ct IGBT cho b nghch lu 17-level 79
Bng 3.6: Kt qu tính góc kích, fundamental harmornic 80
Bng 3.7: Bng đóng ct IGBT cho b nghch lu 31-level 81
Bng 3.8: Kt qu tính góc kích, fundamental harmornic 81
Bng 3.9: Bng đóng ct IGBT cho b nghch lu 31-level 83
Bng 3.10: Kt qu tính góc kích, fundamental harmornic 83














HUTECH
viii

DANH MC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Cu trúc ca mt b nghch lu dng diode kèm 4
Hình 1.2: Cu trúc ca mt b nghch lu dng t kèm 6
Hình 1.3: Cu trúc mt pha ca b nghch lu dng cascaded 8
Hình 1.4: Phân loi các phng pháp điu ch PWM ca b nghch lu đa bc 9

Hình 1.5: Mô phng tính hiu điu ch và sóng đin áp pha ng ra s dng 5 ngun
dc đc lp (60V), cho b nghch lu đa bc cascaded vi ba k thut chính (a)
SPWM, (b) THPWM, (c) SVM 10
Hình 1.6: Dng điu ch và dng sóng ngõ ra vi các thông s (m = 6, m
f
= 21, m
a
=
0.8) 12
Hình 1.7: Hình lc giác trong phng pháp SVPWM 12
Hình 1.8: không gian vector đin áp cho b nghch lu sáu bc 13
Hình 1.9: B ghép kênh mô hình ca b nghch lu diode kp sáu bc 14
Hình 1.10: Dng sóng đin áp ngõ ra ca b nghch lu cascaded 11 bc 16
Hình1.11: ng dng b nghch lu trong điu khin đng c 17
Hình 1.12: ng dng b nghch lu trong lò cm ng trung tn 17
Hình 1.13: ng dng b nghch lu trong h thng nng lng tái to 18
Hình 2.1: Mt vài phng pháp b trí khóa hai chiu 19
Hinh 2.2 (a) cu trúc c bn cho submultilevel converter, (b) kiu sóng đin áp ngõ
ra ca V
0
20
Hình 2.3: Cu trúc m rng ca cu trúc đn v 20
Hình 2.4: Các units đc kt ni thành series 22
Hình 2.5: (a) cu trúc c bn, (b) dng sóng đin áp ngõ ra 22
HUTECH
ix

Hình 2.6: (a) M rng cu trúc c bn, (b) kt ni k ln cu trúc c bn 23
Hình 2.7: So sánh N
step

/N
IGBT
gia cu trúc gim s khóa vi cu trúc trong [13] &
[14] 24
Hình 2.8: So sánh s IGBT cn cho điu ch N
step
đin áp ra V
0
gia cu trúc gim
s khóa vi cu trúc trong [13] & [14] 24
Hình 2.9: Chun đin áp trên các khóa hai chiu đ điu ch N
step
đin áp ra V
0
gia
cu trúc gim s khóa vi cu trúc trong [13] & [14] 25
Hình 2.10: B nghch lu cascaded (11-level) 25
Hình 2.11: B nghch lu gim s khóa (a) 11-level, (b) 15-level 26
Hình 2.12: Bin thiên 券
怠
津
斑
so vi n 27
Hình 2.13: Bin thiên 券
怠
(
津貸怠
)
斑
so vi n 28

Hình 2.14: Bin thiên n/ln(n) so vi n 29
Hình 2.15: Bin thiên P/(n - 1) so vi n 31
Hình 2.16: Cu trúc ti u cho gim s khóa 31
Hình 2.17: Phng pháp tip cn trc tip xác đnh góc kích 34
Hình 2.18: a) h s THD vi k s bc xung cho 11-level và b) h s THD ti
u 36
Hình 2.19: Dng sóng đin áp đu ra và phân tích ph cho M = 0.5, bin tn 11-
level vi ngun dc cân bng 41
Hình 2.20: Dng sóng đin áp đu ra và phân tích quang ph cho M = 0.9
(overmodulation), bin tn 11-level vi ngun dc cân bng 42
Hình 2.21: Dng sóng đin áp đu ra và phân tích ph cho M = 0.64 M,bin tn 13-
level vi ngun dc cân bng 43
HUTECH
x

Hình 2.22: Dng sóng đin áp đu ra và phân tích ph cho M = 0.64 M, bin tn 15-
level vi ngun dc cân bng 44
Hình 2.23: Dng sóng đin áp đu ra và phân tích ph cho M = 0.5,bin tn 11-level
vi các ngun dc không cân bng 45
Hình 2.24: Dng sóng đin áp tham chiu và tng hp sóng bc xung (step pulse
wave) trong mt bin tn cascaded 46
Hình 2.25: in áp tham chiu và góc kích o trong trng hp ca M
i
=講/ 4 47
Hình 2.26: in áp ra ca inverter cascaded 11-level trong thi gian na chu k
dng, trong trng hp ca M
i
=講/ 4 48
Hình 2.27: Dng sóng áp ra và FFT, trong trng hp M
i

= 0.8 51
Hình 2.28: Dng sóng áp ra và FFT, trong trng hp M
i
= 0.5 52
Hình 2.29: Dng sóng áp ra và FFT, trong trng hp M
i
= 0.4 53
Hình 2.30: Dng sóng áp ra và FFT, trong trng hp M
i
= 0.64 57
Hình 2.31: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.8 (11-level),
THD=3.477% 59
Hình 2.32: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.4 (11-level),
THD=9.55% không tín đn hài bi 3, PP online 61
Hình 2.33: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.4 (11-level),
THD=14.20% không tín đn hài bi 3, PP Kang 61
Hình 2.34: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.5 (11-level),
THD=6.01% không tín đn hài bi 3, PP online 62
Hình 2.35: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.5 (11-level),
THD=11.92% không tín đn hài bi 3, PP Kang 62
Hình 2.36: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.6 (11-level),
THD=9.82% không tín đn hài bi 3, PP online 62
HUTECH
xi

Hình 2.37: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.6 (11-level),
THD=8.20% không tín đn hài bi 3, PP Kang 62
Hình 2.38: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.7 (11-level),
THD=11.63% không tín đn hài bi 3, PP online 63
Hình 2.39: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.7 (11-level),

THD=6.39% không tín đn hài bi 3, PP Kang 63
Hình 2.40: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.8 (11-level),
THD=14.82% không tín đn hài bi 3, PP online 64
Hình 2.41: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.8 (11-level),
THD=3.47% không tín đn hài bi 3, PP Kang 64
Hình 2.42: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.4 (11-level),
THD=48.38% có tính đn hài bi 3, PP online 65
Hình 2.43: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.4 (11-level),
THD=18.28% có tính đn hài bi 3, PP Kang 65
Hình 2.44: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.5 (11-level),
THD=46.38% có tính đn hài bi 3, PP online 66
Hình 2.45: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.5 (11-level),
THD=13.16% có tính đn hài bi 3, PP Kang 66
Hình 2.46: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.6 (11-level),
THD=24.05% có tính đn hài bi 3, PP online 67
Hình 2.47: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.6 (11-level),
THD=9.42% có tính đn hài bi 3, PP Kang 67
Hình 2.48: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.7 (11-level),
THD=15.06% có tính đn hài bi 3, PP online 67
Hình 2.49: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.7 (11-level),
THD=8.27% có tính đn hài bi 3, PP Kang 67
HUTECH
xii

Hình 2.50: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.8 (11-level),
THD=18.84% có tính đn hài bi 3, PP online 68
Hình 2.51: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.8 (11-level),
THD=4.571% có tính đn hài bi 3, PP Kang 68
Hình 3.1: Mô hình mô phng cho 11-level sóng đin áp ra 70
Hình 3.2: Mô hình mô phng cho 15-level sóng đin áp ra 71

Hình 3.3: Mô hình mô phng cho 17-level sóng đin áp ra 72
Hình 3.4: Mô hình mô phng cho 31-level sóng đin áp ra 73
Hình 3.5: Mô hình mô phng cho 53-level sóng đin áp ra 74
Hình 3.6: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.64, PP online, 11-
level 76
Hình 3.7: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.64, PP online, 15-
level 78
Hình 3.8: Dng sóng áp ra và FFT, vi t s điu biên M =0.64, PP online, 17-
level 80
Hình 3.9:
Mô phng b nghch lu 21 bc, THD = 10.01% có xét đn hài bi ba 81
Hình 3.10:
Mô phng b nghch lu 23 bc, THD = 9.953% có xét đn hài bi ba 81
Hình 3.11: Mô phng b nghch lu 25 bc, THD = 9.633% có xét đn hài bi ba 82
Hình 3.12: Mô phng b nghch lu 41 bc, THD = 8.927% có xét đn hài bi ba 82
Hình 3.13: Mô phng b nghch lu 43 bc, THD = 8.349% có xét đn hài bi ba 83
HUTECH
NGHIÊN CU PHNG PHÁP IU KHIN B NGHCH LU
A BC GIM S KHÓA CÔNG SUT

RESEARCH METHODS CONTROL OF MULTILEVEL CONVERTER
REDUCTION

NUMBER OF SWITCHS

LNG TRN NGHA
(1)
, PHAN QUC DNG
(2)
(1)

E-mail:
;
Khoa C – in – in T, i hc K Thut Công Ngh TP. HCM, Vit Nam
(2)
268 Lý Thng Kit, Phng 14, Qun 10
Khoa in-in T, Trng i hc Bách Khoa TP. HCM, Vit Nam


TÓM TT

 tính đc nhng góc kích các khóa công sut thì các phng pháp thông thng dùng phng
pháp lp Newton-Raphson đ gii các phng trình phi tuyn trong chui Fourier. Nhc đim ca
phng pháp này là vic gii các phng trình phi tuyn mt nhiu thi gian và khó thc hin đi vi
s bc ln [6].  khc phc nhng nhc đim này, trong [4] đã đa ra mt phng pháp đn gin
trc tip xác đnh góc kích, áp dng tính góc kích cho b nghch lu đa bc dng cascaded truyn
thng. Phng pháp này làm gim s lng tính toán cn thit, không gii các phng trình phi tuyn,
ch tính toán mt s hàm lng giác.  tài đ xut mt phng pháp điu khin mi (rút ra t [4])
cho b nghch lu đa bc gim s khóa công sut . c kim chng bng mô phng trong
matlab/simulink. Tuy nhiên còn mt s hn ch, ch gim s khóa hn cu trúc truyn thng khi s bc
ln hn 7, không điu ch ra s bc bt k, s bc điu ch đc ph thuc vào s khóa trên mi unit
và s unit trong mt b.


ABSTRACT

For calculation of conducting angles for the switches power follow the conventional method using
Newton-Raphson method of preparation for solving nonlinear equations in the Fourier series. The
drawback of this method is the solution of nonlinear equations take a long time and difficult to
implement for a large number of levels [6]. Order to overcome this drawback, in [4] gave a simple
method directly determines conducting angles, apply the conducting angles for multi-level converters

cascaded traditional format. This method reduces the number of calculations required, not solving
nonlinear equations, calculating only some trigonometric functions. Threads proposed a new control
methods (drawn from [4]) for multi-level converter reduced number of switches. . It is verified by
simulation in matlab/simulink. But there are some limitations, only reduce the number of courses than
traditional structure when larger than levels of 7, modulation is not out of any level, levels of
modulation depends on the number switches on each unit and the unit in a

converter.

1.

GII THIU
Ngày nay s phát trin công nghip trong
nc cng nh trên th gii đã đt đc nhng
thành tu to ln, trong s phát trin đó đòi hi
công ngh phi đi trc, đ to điu kin thun
li cho vic ng dng nó vào nghành công
nghip. ng c không đng b (induction) là
mt ng dng quan trng và rt ph bin vì giá
thành r, đa dng v công sut, điu quan trng
là nó đc điu khin mt cách linh hot, đáp
ng t yêu cu thp đn cao nh b bin tn.
B nghch lu là mt phn ca b bin tn.
Ngoài ra trên th gii đang đy mnh phát
trin ngun nng lng mi (nng lng tái
to) đ sn xut ra đin nng.  thay th cho
HUTECH
ngun nng lng truyn thng sp cn kit và
ô nhim môi trng nh (du, than, khí đt…),

bng các ngun nng lng mi nh: nng
lng mt tri, gió, sóng bin Trong đó b
nghch lu là b phn quan trng không th
thiu trong vic ni li cho các h thng này.
Vì th, vic nghiên cu đ phát trin, nâng cao
hiu qu và gim giá thành ca b nghch lu
đa bc là góp phn vào s phát trin chung cho
nn công nghip và nghành nng lng tái to
hin nay. Nghch lu đa bc đc chp nhn
đ thay th nghch lu áp hai bc cho ng dng
công sut ln và đin áp cao. Vi cu to đa
bc, đin áp ngõ ra đc tng lên tn hao
chuyn mch linh kin gim và ha tn ngõ ra
đc ci thin đáng k. Bài vit này gii thiu
mt phng pháp điu khin mi cho cu trúc
nghch lu đa bc gim s khóa công sut [3],
vi cách tip cn trc tip đ xác đnh góc
kích, điu khin trng thái đóng ct các khóa
công sut trong b nghch lu gim s khóa.
c đim ca cu trúc này là cu to đn gin,
có cu trúc dng cell liên kt vi nhau, tránh
đc vn đ cân bng áp t, tuy nhiên cn
nhiu ngun dc đc lp và khi mun tng s
bc đin áp ngõ ra thì s lng linh kin tng
lên. Vi cu to cn nhiu ngun dc đc lp
nh th, tính thc tin ca lun vn là dùng b
nghch lu này đ ni li cho h thng nng
lng mt tri.

 tài tp chung nghiên cu ba

ni dung chính: Th nht tìm hiu tng quan
v cu trúc và phng pháp điu khin b
nghch lu đa bc đã đc ng dng nhiu
trong thc tin, th hai là phân tích, nghiên
cu v b nghch lu đa bc gim s khóa
cng sut, th ba là nghiên cu 2 phng pháp
điu khin trong [4] & [5] đ ng dng cho b
nghch lu gim s khóa công sut.
2.

NI DUNG
2.1 Cu trúc b nghch lu đa bc gim s
khóa trong [3]
Mi mt unit thì cn có khóa đóng ct hai
chiu đ tng hp dòng đin và đin áp c hai
hng, trong hình 1 là cách ni ghép c bn đ
phi hp to ra mt khóa hai chiu, điu khin
đin áp và dòng đin.  đn gin hóa các
chng trình điu khin đóng ngt , nó

có
nhng u đim và nhc đim ca mi cách
ghép ni.

•
Hình 1: Mt vài phng pháp b trí khóa hai
chiu
Trong hình 1 (a) điu khin d dàng,
nhng trng thái ON b st áp cao, nó
bng tng đin áp st trên hai đit và

•
mt
IGBT.
Trong hình 1
(b)
làm gim s st áp 
trng thái ON, nhng cn hai IGBT. Mt
bt li là mi IGBT
•
cn có mt cng điu
khin đc lp dn đn, h thng phc tp
và giá thành đt.
Trong hình 1 (c) là mt cách ni ghép ph
bin, có tn tht truyn dn ging vi cu
trúc trong hình 1 (b). u đim ca cu
trúc này so vi các cu trúc trc đó là
mi khóa hai chiu ch cn có mt mch
điu khin
Cu trúc c bn
cng kích [3].
trong hình 2 gm mt
đin áp dc (đin áp dc bng V
dc
) vi hai khóa
chuyn mch hai chiu S
1
và S
2
trong hình (a)
và dng sóng đin hình V

0
đc th hin trong
hình (b). Rõ ràng hai khóa S
1
và S
2
không th
ON cùng lúc, vì xy ra ngn mch ngun dc.
áng chú ý là nó to ra đc hai giá tr đin áp
 ngõ ra V
0

.


Hình 2: (a) cu trúc c bn cho b nghch lu
đa bc gim s khóa
(b) kiu sóng đin áp ngõ ra ca V
0


[3]
T cu trúc đn v  hình 2 (a) đc kt
ni thành unit  hình 3. Trong bng 1 trình bày
HUTECH
giá tr đin áp V
0
tng ng vi các trng thái
đóng ct ca các khóa S
1

, S
2
, … ,S
n
, có th
thy n giá tr khác nhau đt đc cho V
0

.

Hình 3:

Cu trúc m rng ca cu trúc đn v
[3]
State
Bng 1: Bng trng thái đóng ct các khóa:
Switch states
v
0
S
S
1
S
2

…
3

S
S

n-1

n

1
1
0
0
…
0
0
0
2
0
1
0
…
0
0
V
dc,1
3 0 0 1 … 0 0
V
dc,1
+V
dc,2

…
…
…

…
…
…
…
…
n-1 0 0 0 … 1 0

n 0 0 0 … 0 1


Cu trúc unit trên hình 3 đc kt ni vi
nhau thành mt chui liên kt nh hình 4 nhm
tng giá tr cho đin áp V
0
. Hình 4 có k ln
unit vi n
k


khóa đóng ct, nhng ch duy nht
mt khóa trên mi unit đc on trong mi
trng thái đóng ct khi b nghch lu hot
đng.  đây s bc và đin áp maximum ngõ
ra đc tính nh sao:



Cu trúc trong hình 4, đ điu ch ra đin
áp V
0

thì cn tính đin áp dc vào cho tng unit
theo công thc sau:





Hình 4: Các units đc kt ni thành series

cu trúc ti u cho minimmum s khóa vi
s bc đin áp không đi
Cu trúc ci tin bao gm k ln unit liên
kt vi nhau, mi unit có n
i


khóa (i = 1, 2, …,
k) do đó:

Trong trng hp này, ta có maximum s
bc đin áp t phng trình (1), xét công thc
(1) và (4) đ đt đc ti đa s bc đin áp khi
s switch không đi.



T (4) và (5) ta có:

Maximum s voltage steps s là:



T (6), (7) ta có:



Nó có th đc chng minh rng s lng
ti đa các voltage steps có th đt đc vi các
switch bng nhau. Vì vy, nu s lng các
thit b chuyn mch trong mi đn v m rng
đc gi đnh bng n, sau đó xem xét phng
trình (8), tng s các thit b chuyn mch
(
) có th đt đc nh sau

:



HUTECH


Hình 5: Bin thiên n/ln(n) so vi n

Vì N
step
là hng s, N

switch
s minimum khi
n/ln(n) tin ti minimum. Hình 5 cho thy vi
n = 3 thì min s switch thc hin N
step
cho đin
áp
Theo chng minh phn trên ta thy cu
trúc ti u cho gim s khóa khi mi mt unit
cn n = 3 khóa [3].
.  đây cn chú ý s switch là s nguyên,
khi không thu đc s nguyên thì ta ly chn
s nguyên gn vi giá tr tìm đc.


Hình 6: Cu trúc ti u cho gim s
khóa

Ta có cu trúc đc xây dng trong hình 6
cu trúc này có th to ra s bc ti đa ca
sóng đin áp ra, tng ng vi s khóa ít nht.
Mt u đim ni bc ca cu trúc gim s
khóa này là điu ch đc s bc cao nên sóng
ngõ ra gim thiu đ méo dng và gn sin hn
so vi cu trúc truyn thng.

2.2 Phng pháp điu khin

2.2.1 Phng pháp on-line xác đnh góc
kích cho b nghch lu cascaded [4]

 khc phc mt s nhc đim ca
phng pháp SHE. Mt phng pháp trong [4]
tip cn trc tip xác đnh các góc kích vi các
tính toán đn gin, tng hp chính xác thành
phn c bn dng sóng đin áp đu ra vi gim
thiu bin dng và h s THD trên toàn b
phm vi ca t s điu biên (0 ≤ M ≤
1)
. Có
đc nhng góc kích,
bng cách chia sóng
đin áp chun theo chiu dc, thành nhng khu
vc đin áp, tng ng vi nó là mi góc kích
. T đó ta xác đnh góc kích bng phng
pháp din tích.
Phng pháp này

là mt s kt hp ca
phng pháp din tích và nguyên tc xp
chng. Góc kích đi vi mi bc đin áp có th
đc xác đnh t các thành phn c bn ca
dng sóng đin áp đu ra ca tng units bin
tn dng cu
B nghch lu đa bc cascaded có n cu-
H, đin áp tham chiu có th xác đnh bng
công thc:
-H.

Sóng đin áp ngõ ra có đ c t step-pulse
wave có th tng hp t k bc (
).
Các thành phn c bn mt bc xung ca
sóng đin áp ra vi k bc, s dng nguyên lý
xp chng nh sau


:


Các bc thc hin phng pháp on-line
1- Trc tiên phân chia din tích sóng đin
áp tham chiu thành k ln, bng cách phân
phi
2- Xác đnh đ ln
các góc
hình 7 (a)
theo dng sin vi thành
phn c bn cho mi bc ca bc xung dng
sóng ra, bng cách s dng phng pháp

din
tích hình 7 (b)


Vi j = 1 … k

HUTECH




Hình 7: Phng pháp tip cn trc tip xác
đnh góc kích
3- Tính toán góc kích 
j
cho tng bc đ biên
đ ca các thành phn c bn ca sóng vuông
bng M
j

, hình 7 (c)


Vì vy, mi quan h đc thit lp gia 
j
và

i
nh sau


:

4- Phân tích tt c các trng hp có th tng
hp voltage-sec area dng sóng đin áp phù
hp vi ch s điu ch và s chn la ti u
vi h s THD min.  méo dng ca sóng hài
đc xác đnh theo công thc

:


Quy trình kho sát đ tng hp harmonic
c bn ca dng sóng đin áp ti có th ca
vic s dng s bc khác nhau. Ví d; Khi h
s điu ch là đ nh, dng sóng thu đc có
th đc tng hp t các bc k (k = 1 n).
Trong trng hp này, ti u hóa ca k s
đc thc hin bng cách chn h s THD nh
nht
i vi
.
phm vi ca ch s điu ch (M là
nh hn 0.64), nó là đn gin đ s dng phân
b 
i
, tùy thuc vào k

:


i vi phm vi ca ch s điu ch cao,

phng trình (15) không th cung cp cho mt
giá tr thc cho mt hoc mt s 
i
. Vì vy, giá
tr ca 
i
s đc thành lp vi tham s d nh
sau


:
(


 đây d là h s, xác đnh bng min THD%

2.2.2 Phng pháp ci tin cho b nghch
lu đa bc gim s khóa

 đ tài này ta nghiên cu phng pháp
điu khin cho b nghch lu đa bc gim s
khóa công sut, do u đim cu trúc b nghch
lu trong [3] s bc cao nhng s khóa công
sut tng ng thp, mc đích lun vn là điu
ch s bc ln nên cn s dng mt phng
pháp đn gin đ xác đnh góc điu khin các
khóa công sut. Hai phng pháp đc gii
thiu  trên rt phù hp cho vic điu khin b
nghch lu gim s khóa.
 đây ta chn ngun vào dc trong mt

unit là bng nhau và unit đu tiên có đin áp
ngun bng 1V
dc
, t công thc (2) và (3) ta suy
ra đin áp v
0
Unit 1:
đc tính nh sau:



Unit 2:







Unit 3:



HUTECH


Vi unit th k thì công thc (2) tr thành:

Ta đt:



Trong đó k là s unit, n là s khóa công
sut trong mi unit. Giá tr N  đây chính bng
s mc đin áp dc có th to ra t b nghch
lu.
Suy ra:



Ci cùng ta đc công thc tính đin áp
tham chiu cho cu trúc gim s khóa công
sut nh sau:



Sóng đin áp ngõ ra có đ c t nhng
bc xung dng sóng, có th tng hp t k bc
(
). Các thành phn đin áp c bn
mt bc xung ca
sóng đin áp ra vi k bc,
s dng nguyên lý xp chng nh sau

:


Ta thc hin các bc t t nh phng

pháp on-line trong [4]
1- Trc tiên phân chia din tích sóng đin
áp tham chiu thành N ln, bng cách phân
phi
2- Xác đnh đ ln
các góc

theo dng sin vi thành
phn c bn cho mi bc ca bc xung dng
sóng ra, bng cách s dng phng pháp

din
tích:




Vi j = 1 … N


3- Tính toán góc kích 
j
cho tng bc đ biên
đ ca các thành phn c bn ca sóng vuông
bng S

j

Vì vy, mi quan h đc thit lp gia 
j
và

i
nh sau

:





Vi

i


đc t ính nh sau:



j = 1…
N
; i =
N
…1

3.

KT QU VÀ THO LUN

Mô phng b nghch lu đa bc cascade
gim s khóa, theo cc trúc ti u v s lng
khóa công sut  hình 6, mi unit cn 3 ngun
dc và 3 khóa công sut hai chiu. ng dng
phng pháp điu khin ci tin cho b nghch
lu trên, đt đc kt qu kh quan tng s đ
méo dng thp do u đim điu ch đc s
bc ln.
Bng 2: Bng đóng ct IGBT cho b nghch
lu gim s khóa:
V
Switch states
0
S
S
1
…
2

S
T
9

1
T


3

-26Vdc


…
1
0
1
…
…
…
…
…
…
…
-2Vdc


…

0
1
-Vdc

1
…

0
1

0
1

…

1
0
Vdc

1
…

1
0
2Vdc


…

1
0
…
…
…
…
…
…
…
26Vdc

…
1
1
0


HUTECH

(a)

(b)
(c)
Hình 8: Kt qu mô phng b nghch lu đa
bc gim s khóa, (21 bc), t s điu biên
M=0.63
(a) Dng sóng đin áp ngõ ra mt pha
(b) Thành phn sóng hài không tính
hài bi 3, THD=4.51%

(c) Thành phn sóng hài có tính đn
hài bi 3, THD=9.63%
4.

KT LUN
Qua kt qu mô phng ta thy thành phn
sóng hài tng đi thp, li th là s bc cao
gim đ méo dng, sóng áp ra gn sin hn.
Cui cùng, phng pháp đ ngh ng dng
điu khin cho b nghch lu đa bc gim s

khóa công sut. Vì nó có mt s u đim nh:
1- Gim đc s linh kin đin t công sut,
đây là đc đim quan trng gim giá thành sn
xut, 2- điu ch ra nhiu bc vi s khóa thp,
u đim này đng thi gim đ méo dng ha
tn và sóng gn sin hn, 3- cn nhiu ngun dc
đc lp, nên do đó ng dng cho h thng
nng lng tái to là điu cn quan tâm.
Tuy nhiên còn mt s tn ti, ch gim s
khóa hn cu trúc truyn thng khi s bc ln
hn 7, không điu ch ra s bc bt k, s bc
điu ch đc ph thuc vào s khóa trên mi
unit và s unit t rong mt b, thành phn sóng
hài có phn cao hn so vi cu trúc cascaded.
Do thi gian có hn nên cha kp ti u trong
phng pháp online ci tin, đ gim thành
phn sóng hài xung thp hn.

Hng phát trin đ tài:
 xut th nht là cn ti u thêm trong
phng pháp điu khin, đ đt đc kt qu
tt hn.
Th hai là xây dng mô hình h thng ni
li xoay chiu cho h thng nng lng mt
tri, s dng b nghch lu đa bc gim s
khóa công sut, ng dng phng pháp on-line
ci tin đ điu khin.
Th ba là chy mô phng vi mô hình trên
cho công sut vài MW và thc nghiêm vi
công sut vài kW

5.

TÀI LIU THAM KHO
[1] R . H. B aker and L. H. B annister,
“Electric power converter,” U.S. Patent 3
867 643, Feb. 1975.
[2] A. Nabae, I. Takahashi, and H. Akagi, “A
n ew neutral-point clamped PWM
inverter,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. IA-
17, no. 5, pp. 518–523, Sep./Oct. 1981.
[3] Ebrahim Babaei, “A Cascade Multilevel
Converter Topology With Reduced
Number of Switches,” IEEE transactions
on power electronics, vol. 23, no. 6,
november 2008.
[4] P.Q. Dzung, Saito Y., L.M. Phuong, N.V.
Nho,”A New On-line Approach for
Determining Conducting Angles in
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Time (s )

v0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Frequency (Hz)
Mag (% of Fundamental)
0 100 200 300 400 500 600 700 800
900 1000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Frequency (Hz)
Mag (% of Fundamental)
HUTECH
Multilevel Cascaded Inverters”, European
Power Electronic Conference EPE’07,
Denmark, 2007.

[5] ] Kang, D W.; Kim, H C.; Kim, T J.;
Hyun, D S.: A simple method for
acquiring the conducting angle in a
multilevel cascaded inverter using step
pulse waves, Electric Power Applications,
IEE Proceedings- Volume 152, Issue 1, Jan
2005 Page(s):103 – 111.
[6] S. Khomfoi and L. M. Tolbert, “Multilevel
power converters,” in Power Electronics
Handbook , 2nd ed. Amsterdam, The
Netherlands: Elsev ier, 2007, ch. 17, pp.
451–482