Nghiên cứu các phương pháp điều chế và điều khiển bộ biến đổi bán dẫn công suất đa mức kiểu module hóa
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.13 MB, 195 trang )
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn
của các Thầy hướng dẫn và các nhà khoa học. Tài liệu tham khảo trong luận án
được trích dẫn đầy đủ. Các số liệu, kết quả trong luận án hoàn toàn trung thực và
chưa từng được tác giả khác công bố.
Người hướng dẫn khoa học
Hà Nội, ngày 12 tháng 02 năm 2020
Tác giả luận án
Trần Hùng Cường
i
LỜI CẢM ƠN
Luận án này được hoàn thành trên cơ sở những kết quả nghiên cứu của Tôi tại
trường Bách khoa Hà Nội, sau một thời gian học tập nghiên cứu, Tôi đã hoàn thành
luận án này dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trần Trọng Minh và TS. Phạm Việt
Phương, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Trước hết, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự chỉ dẫn tận tình của tập
thể các thầy hướng dẫn, những người đã dìu dắt, chia sẻ, quan tâm, tạo mọi điều
kiện, giúp đỡ kịp thời về thời gian và chuyên môn để tôi hoàn thiện luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong bộ môn Tự động hóa Công nghiệp,
các Thầy Cô công tác tại viện Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa, đã có những ý
kiến góp ý chân thành, sâu sắc trong suốt quá trình tôi học tập, làm việc, xây dựng
thực nghiệm cũng như từng bước thực hiện luận án.
Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng đào tạo, Viện Điện Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi nhất về nhiều mặt để tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em Nghiên cứu sinh cùng chuyên ngành,
các bạn sinh viên Tự động hóa, các kỹ sư và nhà nghiên cứu trẻ tại Phòng thí
nghiệm 203-C9 trường ĐH Bách khoa Hà Nội, những người luôn cùng Tôi đồng
hành, luôn động viên, giúp đỡ lẫn nhau, cùng trao đổi chuyên môn, hỗ trợ Tôi trong
việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu trong học tập để tôi có kết quả như ngày hôm nay.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện của
Ban giám hiệu trường Đại học Hồng Đức, Ban chủ nhiệm khoa Kỹ thuật Công nghệ
và các đồng nghiệp tại khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Hồng Đức đã
giúp đỡ tạo điều kiện về mặt thời gian, công việc để Tôi học tập, nghiên cứu một
cách thuận lợi.
Sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình Tôi đã luôn quan tâm,
động viên và giúp đỡ để Tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận án.
Hà Nội, ngày 12 tháng 02 năm 2020
Tác giả luận án
Trần Hùng Cường
ii
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ vii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI ĐA MỨC MMC ........................... 5
1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ...................................................... 5
1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................... 5
1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước ............................................................... 6
1.2 Cấu trúc cơ bản và hoạt động của bộ biến đổi MMC ..................................... 8
1.2.1 Cấu trúc của bộ biến đổi MMC .................................................................. 8
1.2.1 Nguyên lý tạo một mức điện áp của SM dạng nửa cầu ........................... 10
1.2.2 Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi MMC ........................................... 11
1.3 Vấn đề điều chế cho bộ biến đổi MMC ......................................................... 13
1.4 Vấn đề điều khiển cho bộ biến đổi MMC ...................................................... 14
1.5 Định hướng nghiên cứu và đóng góp của luận án .......................................... 18
1.6 Tóm tắt và kết luận ......................................................................................... 19
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA BỘ BIẾN ĐỔI MMC ............................................. 20
2.1 Mô hình trạng thái liên tục của BBĐ MMC khi nối tải R-L .......................... 20
2.2 Mô hình BBĐ MMC trong chế độ nối lưới ................................................... 26
2.3 Mô hình MMC trong các phương pháp điều chế cơ bản ............................... 30
2.3.1 Mô hình MMC trong phương điều chế mức gần nhất NLM ...................... 30
2.3.1.1 Điều chế NLM cổ điển cho MMC ....................................................... 31
2.3.1.2 Điều chế NLM cải tiến cho MMC ........................................................ 33
2.4 Mô phỏng các phương pháp điều chế cơ bản cho MMC ............................... 40
2.4.1 Mô phỏng phương pháp điều chế NLM cải tiến cho BBĐ MMC ........... 41
2.4.2 Mô phỏng phương pháp điều chế PS-PWM cho BBĐ MMC ................. 42
2.5 Tóm tắt và kết luận ......................................................................................... 44
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SVM CHO BBĐ MMC .................... 46
3.1 Phương pháp điều chế SVM cho nghịch lưu đa mức .................................... 46
3.1.1 Trạng thái khóa bán dẫn, trạng thái mức và vector trạng thái ................. 47
3.1.2 Tính hệ số điều chế theo phương pháp điều chế từ ba vector gần nhất .. 51
3.1.4 Xác định các vector trạng thái trong các sector ...................................... 54
3.2 Trật tự tối ưu về số lần chuyển mạch và chất lượng sóng hài điện áp ra ....... 57
3.3 Thứ tự chuyển mạch tối ưu và điều chế bằng ba vector gần nhất .................. 59
3.4 Thực hiện quy luật điều chế SVM cho MMC ................................................ 63
3.5 Thuật toán cân bằng điện áp trên các tụ của MMC ....................................... 65
iii
3.6 Mô phỏng phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC ............................. 67
3.7 Điều khiển dự báo cân bằng điện áp trung bình tụ điện ................................ 69
3.7.1 Mô hình dự báo dòng điện vòng, điện áp tụ điện của MMC ................... 72
3.7.2
Hàm mục tiêu của thuật toán điều khiển dự báo cân bằng giá trị trung
bình điện áp tụ điện ............................................................................................ 74
3.7.3
Thuật toán tối ưu hóa giá trị dự báo điện áp trung bình trên tụ điện mỗi
nhánh pha ........................................................................................................... 75
3.8 Điều khiển suy giảm thành phần sóng hài bậc cao của dòng điện vòng trong
MMC ................................................................................................................ 76
3.9 Mô hình và kết quả mô phỏng MMC dựa trên thuật toán điều khiển dự báo
dòng điện vòng và cân bằng điện áp tụ điện .................................................... 80
3.9.1. Mô hình các khối mô phỏng trong matlab-simulink ............................... 80
3.9.3 Kết quả mô phỏng ..................................................................................... 85
3.10 Tóm tắt và kết luận ........................................................................................ 89
CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC ỨNG DỤNG CỦA MMC.. 91
4.1 Điều khiển BBĐ MMC nối lưới điện xoay chiều ba pha .............................. 91
4.1.1 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện ............................................................. 92
4.1.2 Thiết kế bộ điều khiển công suất tác dụng, công suất phản kháng .......... 94
4.1.3 Kết quả mô phỏng hệ thống bộ biến đổi MMC nối lưới ......................... 96
4.2 Ứng dụng D-STATCOM bù CSPK dựa trên MMC ...................................... 99
4.2.1 Giới thiệu về STATCOM và bù công suất phản kháng............................ 99
4.2.2 Cấu trúc DSTATCOM dựa trên MMC .................................................. 100
4.2.3 Nguyên lý làm việc D-STATCOM........................................................ 101
4.2.4 Thiết kế điều khiển D-STATCOM dựa trên MMC ............................... 103
4.2.5 Mô phỏng hệ thống D-STATCOM dựa trên MMC .............................. 105
4.3 Tóm tắt và kết luận ........................................................................................ 107
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM BỘ BIẾN
ĐỔI MMC .............................................................................................................. 109
5.1 Cấu trúc hệ thống thực nghiệm BBĐ MMC ................................................ 109
5.2 Tính toán thiết kế hệ thống thực nghiệm ..................................................... 110
5.2.1 Tính toán thiết kế mạch lực .................................................................... 110
5.2.2 Tính toán thiết kế mạch đo ..................................................................... 112
5.2.3 Mạch ADC ............................................................................................. 114
5.2.3 Tính toán và thiết kế mạch driver .......................................................... 115
5.2.4 Mạch đệm ADC ..................................................................................... 116
5.2.5 Mạch FPGA ............................................................................................ 117
5.2.6 Sản phẩm mạch được thiết kế ................................................................ 117
5.3 Kết quả thực nghiệm .................................................................................... 120
5.3.1 Kết quả thực nghiệm phương pháp điều chế PWM cho MMC .............. 120
5.3.2 Kết quả thực nghiệm phương pháp điều chế NLM cho MMC ............... 122
iv
5.3.3 Kết quả thực nghiệm phương pháp điều chế SVM cho MMC...................124
5.4 Tóm tắt và kết luận.............................................................................................................. 125
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................................... 127
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN....................... 130
PHỤC LỤC........................................................................................................................................ 139
Phục lục 1 Các chương trình lập trình................................................................................. 139
Phục lục 2 Hình ảnh một số khối thực hiện mô phỏng trên Matlab-Simmulink 146
Phục lục 3 Tính toán thông số hệ thống mạch đo trong thực nghiệm MMC........148
v
DANH MỤC KÝ HIỆU
Ký hiệu
L
R
Lo
C
Ro
U
id, iq
i ,i
β
i v∝
Đơn vị Ý nghĩa
H
Cuộn cảm trên tải
Ω
Điện trở trên tải
H
Cuộn cảm trên nhánh của MMC
F
Tụ điện của SM
Ω
Điện trở nhánh của MMC
V
Điện áp nguồn điện phía xoay
A
Dòng điện chạy qua cuộn cảm trên hệ tọa độ dq
A
Dòng điện chạy qua cuộn cảm trên hệ tọa độ β
A
Dòng điện vòng
∝
A
A
A
A
A
A
V
V
Dòng điện phía đầu ra xoay chiều
Dòng điện phía một chiều
Dòng điện đặt
Dòng điện đặt trục d và trục q trong hệ tọa độ dq
Dòng điện chạy ở nhánh trên
Dòng điện chạy ở nhánh dưới
Điện áp tổng của nhánh trên
Điện áp ra phía xoay chiều
kH, kL
V
V
V
V
W
Var
V
V
V
Điện áp tổng của nhánh dưới
Điện áp nguồn một chiều
Điện áp tụ điện
Độ chênh lệch điện áp nhánh trên và nhánh dưới
Công suất tác dụng
Công suất phản kháng
Điện áp của SM
Điện áp ra của bộ biến đổi
Chỉ số chèn của SM ở nhánh trên và nhánh dưới
Điện áp tổng của tụ điện được chèn vào trong một pha
CxΣ
F
Điện dung tổng trong một pha
C
F
H
Điện dụng bộ lọc nối lưới
Điện cảm bộ lọc nối lưới
rad/s
Tần số góc dòng điện và điện áp lưới
ix
i
i
i
DC
ref
ref_d
,i
i
Hx
i
Lx
v
ref_d
Hx
v
x
v
Lx
V
DC
VC
V
diff
P
Q
V
v
SM
ex
VCxΣ
l
L
l
ω
s
vi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ĐTCS
BBĐ
SVM
CHB
FPGA
HB
DSP
FACTS
FC
IGBT
PV
NPC
MPC
FCS
PLL
PWM
MMC
STATCOM
FOC
THD
NLM
SVM
SM
PS-PWM
LS-PWM
IPD
POD
APOD
CSPK
Điện tử công suất
Bộ biến đổi
Space Vector Modulation
Điều chế véc tơ không gian
Cascaded H -bridge
Nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng
Field Programmable
Gate Mảng cổng lập trình được
Array
H-Bridge
Cầu H
Digital Signal Processor
Xử lý tín hiệu số
Flexible AC Transmission
Hệ thống truyền tải
xoay chiều linh
System
hoạt
Flying Capacitor
Tụ bay
Insulated
Gate
Bipolar Van IGBT
Transistor
Photovoltaic
Điện mặt trời
Neutral –point converter
Bộ biến đổi đa mức diode chốt
Model Predictive Control
Điều khiển dựa trên mô hình dự báo
Finite Control Set
Điều khiển hữu hạn trạng thái đóng cắt
Phase Locked Loop
Vòng khóa pha
Pulse Width Modulation
Điều chế độ rộng xung
Modular multilevel Converter Bộ biến đổi đa mức cấu trúc module
Static
Synchronous Thiết bị bù đồng bộ tĩnh
Compensator
Flux oriented control
Điều khiển tựa theo từ thông
Total Harmonic Distortion
Tổng méo sóng hài
Nearest Level Modulation
Điều chế mức gần nhất
Space Vector Modulation
Điều chế vector không gian
Sub Module
Bộ biến đổi nửa cầu
Phase Shift Carrier Based Điều chế theo sóng mang dạng dịch pha
Modulation
Level Shift Carrier Based Điều chế theo sóng mang dạng dịch mức
Modulation
In Phase Disposition
Sóng mang cùng pha
Phase Opposite Disposition
Sóng mang đối xứng qua trục thời gian
Alternative
Phase Opposite Sóng mang ngược pha giữa hai sóng
o
Disposition
mang kề nhau, dịch một góc 180
Công suất phản kháng
vii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Điện áp ngõ ra của SM................................................................................................. 11
Bảng 2.1 Số mức điện áp trên đầu ra của NVL cải tiến.
...................................................................................................................................................................
23
Bảng 2.2 Kết quả so sánh giữa hai phương pháp NLM cổ điển và NLM cải tiến
................................................................................................................................
35
Bảng 2.3 Thông số mô phỏng BBĐ MMC
...................................................................................................................................................................
40
Bảng 3.1 Bảng vector trạng thái cho MMC ba pha 3 mức (góc phần sáu I, II, III)
50
Bảng 3.2 Bảng các vector trạng thái trong các sector
...................................................................................................................................................................
56
Bảng 3.3 Chuyển mạch tối ưu cho nhóm 4 tam giác 1, 2, 3, 4.
...................................................................................................................................................................
58
Bảng 3.4 Bảng gán các trạng thái khóa cho các vector trong điều chế NVM ở
sector
I, cùng một trạng thái [kg, kh] , mg + mh <=1
...................................................................................................................................................................
60
Bảng 3.5 Bảng gán các trạng thái khóa cho các vector trong điều chế NVM ở
sector
I, cùng một trạng thái [kg, kh], mg + mh > 1
...................................................................................................................................................................
60
Bảng 3.6 Bảng gán các trạng thái khóa cho các vector trong điều chế NVM ở
sector
II, cùng một trạng thái [kg, kh], mg + mh <= 1
...................................................................................................................................................................
60
Bảng 3.7 Bảng gán các trạng thái khóa cho các vector trong điều chế NVM ở
sector
II, cùng một trạng thái [kg, kh], mg + mh > 1
...................................................................................................................................................................
60
Bảng 3.8 Bảng các hệ số điều chế trên hệ tọa độ abc cho các sector
...................................................................................................................................................................
62
Bảng 3.9 Bảng hệ số điều chế cho các pha, sector I, III, V, mg + mh <= 1
...................................................................................................................................................................
62
Bảng 3.10 Bảng hệ số điều chế cho các pha, sector I, III, V, mg + mh >1
...................................................................................................................................................................
62
Bảng 3.11 Bảng các hệ số điều chế cho các pha, sector II, IV, VI, mg + mh <=1
................................................................................................................................
62
Bảng 3.12 Bảng các hệ số điều chế cho các pha, sector II, IV,VI, mg + mh>1
...................................................................................................................................................................
63
viii
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Một số ứng dụng của BBĐ đa mức trong thực tế.................................................. 8
Hình 1.2 Cấu trúc bộ biến đổi MMC............................................................................................ 9
Hình 1.3 Trạng thái đóng cắt của S1 và S2: (a) và (b) Khi dòng điện có chiều
dương; (c) và (d) khi dòng điện có chiều âm
...................................................................................................................................................................
10
Hình 1.4 Tổng quan về các phương pháp điều chế cho bộ biến đổi đa mức
...................................................................................................................................................................
13
Hình 2.1 Cấu trúc BBĐ MMC một pha
...................................................................................................................................................................
21
Hình 2.2 Cấu trúc mô hình trung bình của BBĐ MMC
...................................................................................................................................................................
21
Hình 2.3 Đồ thị mô tả sự tạo thành điện áp đầu ra của MMC khi áp dụng phương
pháp điều chế NLM cải tiến
...................................................................................................................................................................
23
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý BBĐ MMC nối lưới
...................................................................................................................................................................
27
Hình 2.5 Sơ đồ tương đương BBĐ MMC nối lưới
...................................................................................................................................................................
27
Hình 2.6 Biểu diễn vector điện áp và dòng điện trên các hệ trục tọa độ
...................................................................................................................................................................
29
Hình 2.7 Tín hiệu điện áp ra và điện áp đặt của phương pháp điều chế NLM
...................................................................................................................................................................
30
Hình 2.8 Sơ đồ phương pháp NLM cổ điển
...................................................................................................................................................................
31
Hình 2.9 Nguyên lý của phương pháp NLM cổ điển
...................................................................................................................................................................
32
Hình 2.10 Sơ đồ phương pháp NLM cải tiến
...................................................................................................................................................................
33
Hình 2.11 Nguyên lý của phương pháp NLM cải tiến
...................................................................................................................................................................
34
Hình 2.12 Cấu trúc phương pháp điều chế NLM cải tiến cho BBĐ MMC
...................................................................................................................................................................
35
Hình 2.13 Điều chế sóng mang dịch mức kiểu IPD
...................................................................................................................................................................
36
Hình 2.14 Điều chế sóng mang dịch mức kiểu APOD
...................................................................................................................................................................
37
Hình 2.15 Điều chế sóng mang dịch mức kiểu POD
...................................................................................................................................................................
37
o
Hình 2.16 Điều chế sóng mang dịch pha sử dụng hai sóng mang ngược pha 180 38
o
Hình 2.17 Điều chế sóng mang dịch pha sử dụng hai sóng sin ngược pha 180
................................................................................................................................
38
Hình 2.18 Điều chế PSPWM cho bộ biến đổi MMC
...................................................................................................................................................................
39
Hình 2.19 Nguyên lý tạo xung cho phương pháp PS-PWM
...................................................................................................................................................................
39
Hình 2.20 Cấu trúc phương pháp điều chế PSPWM cho BBĐ MMC
...................................................................................................................................................................
40
Hình 2.21 Điện áp nhánh trên và nhánh dưới pha A của MMC
...................................................................................................................................................................
41
Hình 2.22 Dạng điện áp ba pha phía xoay chiều chưa qua cuộn lọc
...................................................................................................................................................................
41
Hình 2.23 Dòng điện ba pha phía xoay chiều cung cấp cho tải
...................................................................................................................................................................
41
Hình 2.24 Dạng điện áp các tụ điện của nhánh trên và nhánh dưới pha A
...................................................................................................................................................................
41
Hình 2.25 Dòng điện vòng trong các pha của bộ biến đổi
...................................................................................................................................................................
41
Hình 2.26 Kết quả phân tích Fourier điện áp đầu ra AC
...................................................................................................................................................................
42
Hình 2.27 Kết quả phân tích Fourier dòng điện trên tải
...................................................................................................................................................................
42
Hình 2.28 Điện áp nhánh trên và nhánh dưới pha A của MMC
...................................................................................................................................................................
43
Hình 2.29 Dòng điện ba pha phía xoay chiều cung cấp cho tải
...................................................................................................................................................................
43
Hình 2.30 Dạng điện áp ba pha phía xoay chiều chưa qua cuộn lọc
...................................................................................................................................................................
43
Hình 2.31 Dạng điện áp các tụ điện của nhánh trên và nhánh dưới pha A
...................................................................................................................................................................
43
ix
Hình 2.32 Dòng điện vòng trong mỗi pha của BBĐ MMC
...................................................................................................................................................................
43
Hình 2.33 Kết quả phân tích Fourier điện áp đầu ra pha A
...................................................................................................................................................................
44
Hình 2.34 Kết quả phân tích Fourier của dòng điện đầu ra
...................................................................................................................................................................
44
Hình 3.1 Trạng thái vector điện áp của BBĐ ba mức trên tọa độ gh
...................................................................................................................................................................
50
Hình 3.2 Trạng thái vector điện áp của BBĐ ba mức trên tọa độ abc
...................................................................................................................................................................
50
Hình 3.3 Vector không gian cho MMC ba pha 5 mức (N = 2, M = 5)
...................................................................................................................................................................
51
Hình 3.4 Tổng hợp vector điện áp ra từ ba vector đỉnh của tam giác
...................................................................................................................................................................
51
Hình 3.5 Đồ thị minh họa quá trình tính toán các hệ số điều chế
...................................................................................................................................................................
53
Hình 3.6 Ba hệ tọa độ không vuông góc tạo nên các góc phần sáu (các Sector)
................................................................................................................................
53
Hình 3.7 Thuật toán xác định sector lớn
...................................................................................................................................................................
54
Hình 3.8 Tín hiệu PWM và thời gian sử dụng vector tích cực, vector không
...................................................................................................................................................................
58
Hình 3.9 Trật tự chuyển mạch tối ưu cho nghịch lưu ba pha 3 mức
...................................................................................................................................................................
58
Hình 3.10 Trật tự chuyển mạch tối ưu cho nghịch lưu 7 mức (góc phần sáu thứ I)59
Hình 3.11 Mẫu xung điều chế SVM cho sector I, III, V.
...................................................................................................................................................................
61
Hình 3.12 Mẫu xung điều chế cho sector II, IV, VI.
...................................................................................................................................................................
61
Hình 3.13 Mẫu xung khi chuyển hệ tọa độ abc, sector I,III,V, khi mg + mh <= 1
................................................................................................................................
61
Hình 3.14 Mẫu xung khi chuyển hệ tọa độ abc, sector I,III,V, khi mg + mh > 1
...................................................................................................................................................................
61
Hình 3.15 Mẫu xung khi chuyển sang hệ tọa độ abc, sector II, IV, VI,
...................................................................................................................................................................
62
Hình 3.16 Mẫu xung khi chuyển sang hệ tọa độ abc, sector II, IV,VI,
...................................................................................................................................................................
62
Hình 3.17 Giá trị của kHx và kHx trong suốt một nửa chu kỳ đóng cắt Ts
...................................................................................................................................................................
64
Hình 3.18 Cấu trúc phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC
...................................................................................................................................................................
65
Hình 3.19 Thuật toán cân bằng điện áp tụ điện
...................................................................................................................................................................
66
Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý của thuật toán cân bằng điện áp tụ điện
...................................................................................................................................................................
66
Hình 3.21 Lưu đồ thuật toán cân bằng điện áp tụ điện
...................................................................................................................................................................
67
Hình 3.22 Điện áp nhánh trên và nhánh dưới pha A của MMC
...................................................................................................................................................................
68
Hình 3.23 Dòng điện ba pha phía xoay chiều cung cấp cho tải
...................................................................................................................................................................
68
Hình 3.24 Dạng điện áp ba pha phía xoay chiều chưa qua cuộn lọc
...................................................................................................................................................................
68
Hình 3.25 Dạng điện áp các tụ điện của nhánh trên và nhánh dưới pha A
...................................................................................................................................................................
68
Hình 3.26 Dòng điện vòng trong mỗi pha pha của bộ biến đổi MMC
...................................................................................................................................................................
69
Hình 3.27 Kết quả phân tích Fourier điện áp đầu ra pha A
...................................................................................................................................................................
69
Hình 3.28 Kết quả phân tích Fourier dòng điện đầu ra
...................................................................................................................................................................
69
Hình 3.29 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của bộ điều khiển dự báo
...................................................................................................................................................................
70
Hình 3.30 Nguyên tắc hoạt động của thuật toán MPC
...................................................................................................................................................................
75
Hình 3.31 Cấu trúc MPC cân bằng điện áp trung bình tụ điện của MMC
...................................................................................................................................................................
76
Hình 3.32 Cấu trúc điều khiển dòng điện vòng trong một pha của MMC
...................................................................................................................................................................
78
Hình 3.33 Lưu đồ thuật toán điều khiển dự báo xác định JVmin và kOpt
...................................................................................................................................................................
79
Hình 3.34 Sơ đồ cấu trúc mô phỏng hệ thống BBĐ MMC áp dụng điều khiển cân
bằng điện áp trung bình trên tụ và điều khiển dòng điện vòng dựa trên thuật toán
điều chế SVM
...................................................................................................................................................................
80
x
Hình 3.35 Sơ đồ mô phỏng cấu trúc mạch lực và các tin hiệu đo lường để điều
khiển cho BBĐ MMC 13 mức.
...................................................................................................................................................................
81
Hình 3.36 Sơ đồ cấu trúc mạch lực của một nhánh trong bộ biến đổi MMC
...................................................................................................................................................................
81
Hình 3.37 Sơ đồ cấu trúc mô phỏng điều chế SVM và điều khiển dòng điện vòng và
cân bằng điện áp tụ DC
...................................................................................................................................................................
82
Hình 3.38 Mô hình cấu trúc chuyển tọa độ abc sang ∝β trong matlab-simulink
...................................................................................................................................................................
83
Hình 3.39 Mô hình xác định Sector và giá trị mg, mh trong điều chế SVM
...................................................................................................................................................................
83
Hình 3.40 Mô hình lập trình xác định tọa độ nguyên kg, kh; kiểu tam giác D1, D2 và
các hệ số d1, d2, d3
...................................................................................................................................................................
83
Hình 3.41 Mô hình mô phỏng điều khiển suy giảm thành phần sóng hài bậc cao
cho dòng điện vòng của MMC
...................................................................................................................................................................
84
Hình 3.42 Mô hình lập trình thực hiện điều chế SVM và thuật toán điều khiển dự
báo điện áp trung bình trên tụ DC
...................................................................................................................................................................
84
Hình 3.43 Mô hình xác định thời gian đóng mở van trong một nhánh của MMC . 85
Hình 3.44 Dòng điện ba pha phía xoay chiều cung cấp cho tải
...................................................................................................................................................................
85
Hình 3.45 Dạng điện áp ba pha phía xoay chiều chưa qua cuộn lọc
...................................................................................................................................................................
85
Hình 3.46 Dạng điện áp các tụ điện của nhánh trên và nhánh dưới pha A
...................................................................................................................................................................
85
Hình 3.47 Dòng điện vòng trong ba pha của BBĐ MMC
...................................................................................................................................................................
86
Hình 3.48 Điện áp chênh lệch của nhánh trên và nhánh dưới các pha của MMC .. 86
Hình 3.49 Kết quả phân tích Fourier điện áp đầu ra pha A
...................................................................................................................................................................
86
Hình 3.50 Kết quả phân tích Fourier dòng điện đầu ra
...................................................................................................................................................................
86
Hình 3.51 Hình dạng hệ số kopt trong hệ tọa độ dq
...................................................................................................................................................................
87
Hình 3.52 Hình dạng hệ số kA, kB, kC trong điều chế SVM
...................................................................................................................................................................
88
Hình 3.53 Hình dạng hệ số điều chế dA, dB, dC trong điều chế SVM
...................................................................................................................................................................
88
Hình 3.54 Hình dạng giá trị tối thiểu của hàm mục tiêu Jvmin
...................................................................................................................................................................
88
Hình 3.55 Giá trị thực của ivA, vHA, vLA, vdiff_A
...................................................................................................................................................................
88
Hình 3.56 Giá trị dự báo của ivA, vHA, vLA, vdiff_A
...................................................................................................................................................................
89
Hình 4.1 Sơ đồ mạch vòng dòng điện
...................................................................................................................................................................
93
Hình 4.2 Cấu trúc điều khiển mạch vòng dòng điện
...................................................................................................................................................................
93
Hình 4.3 Sơ đồ khối mạch vòng công suất
...................................................................................................................................................................
94
Hình 4.4 Cấu trúc mạch vòng điều khiển mạch vòng công suất
...................................................................................................................................................................
95
Hình 4.5 Sơ đồ mạch vòng điều khiển bộ biến đổi MMC
...................................................................................................................................................................
96
Hình 4.6 Dạng điện áp ba pha phía xoay chiều chưa cung cấp cho lưới điện
...................................................................................................................................................................
96
Hình 4.7 Dòng điện ba pha phía xoay chiều cung cấp cho lưới điện
...................................................................................................................................................................
96
Hình 4.8 Công suất phản kháng BBĐ MMC cung cấp cho lưới điện
...................................................................................................................................................................
97
Hình 4.9 Đáp ứng dòng điện id trong hệ tọa độ dq
...................................................................................................................................................................
97
Hình 4.10 Đáp ứng dòng điện iq trong hệ tọa độ dq
...................................................................................................................................................................
97
Hình 4.11 Điện áp trên các tụ điện của nhánh trên và nhánh dưới pha A
...................................................................................................................................................................
97
Hình 4.12 Dòng điện vòng chạy trong pha A của BBĐ
...................................................................................................................................................................
97
Hình 4.13 Kết quả phân tích Fourier dạng điện áp xoay chiều
...................................................................................................................................................................
98
xi
Hình 4.14 Kết quả phân tích Fourier dòng điện xoay chiều
...................................................................................................................................................................
98
Hình 4.15 Cấu trúc hệ thống D-STATCOM........................................................................... 100
Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý của D-STATCOM...................................................................... 101
Hình 4.17 a) Trạng thái hấp thu công suất phản kháng; b) Trạng thái phát ra công
suất phản kháng; c) Trạng thái không trao đổi công suất phản kháng...................... 102
Hình 4.18 Sóng dòng điện, điện áp của D-STATCOM...................................................... 102
Hình 4.19 Đặc tính V-I của D-STATCOM.............................................................................. 103
Hình 4.20 Sơ đồ mạch vòng điều khiển điện áp DC.......................................................... 104
Hình 4.21 Sơ đồ cấu trúc điều khiển D-STATCOM dựa trên BBĐ MMC..................105
Hình 4.22 Hình dạng dòng điện đầu ra của D-STATCOM.............................................. 106
Hình 4.23 Hình dạng điện áp đầu ra của D-STATCOM................................................... 106
Hình 4.24 Hình dạng điện áp nguồn một chiều DC........................................................... 106
Hình 4.25 Hình dạng đáp ứng công suất Q đầu ra MMC............................................... 106
Hình 4.26 Hình dạng dòng điện trên trục d và trục q....................................................... 106
Hình 4.27 Hình dạng điện áp tụ điện pha A của MMC.................................................... 107
Hình 5.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống thực nghiệm một pha của BBĐ MMC..................110
Hình 5.2 Sơ đồ thiết kế mạch gồm 2 SM................................................................................. 111
Hình 5.3 Cấu trúc mạch đo dòng điện nhánh....................................................................... 113
Hình 5.4 Cấu trúc mạch đo điện áp trên các tụ của SM.................................................. 113
Hình 5.5 Mạch đo dòng điện nhánh......................................................................................... 113
Hình 5.6 Mạch đo điện áp tụ của SM...................................................................................... 114
Hình 5.7 Mạch ADC thực hiện bởi IC MCP3208............................................................... 114
Hình 5.8 Sơ đồ nguyên lý mạch Driver................................................................................... 115
Hình 5.9 Khối nguồn cấp cho mạch driver............................................................................ 115
Hình 5.10 Sơ đồ thiết kế của mạch driver.............................................................................. 116
Hình 5.11 Sơ đồ nguyên lý và bo mạch thực mạch Dead Time...................................... 117
Hình 5.12 Sơ đồ mô tả tuần tự lập trình trên FPGA.......................................................... 117
Hình 5.13 Bo mạch gồm 2 SM.................................................................................................... 118
Hình 5.14 Bo mạch Driver cấp xung cho 4 IGBT............................................................... 118
Hình 5.15 Mạch đo dòng và tụ điện trên các nhánh cho một pha................................ 118
Hình 5.16 Kit FPGA AX 309 Xilinx.......................................................................................... 118
Hình 5.17 Mô hình tổng thể hệ thống thực nghiệm bộ biến đổi MMC.......................119
Hình 5.18 Mẫu xung ra của FPGA và Drive cấp cho IGBT........................................... 120
Hình 5.19 Hình dạng điện áp nhánh trên và nhánh dưới pha A................................... 120
Hình 5.20 Hình dạng điện áp trên tải xoay chiều của pha A, B, C.............................. 121
Hình 5.21 Hình dạng dòng điện trên tải xoay chiều của pha A, B, C.........................121
Hình 5.22 Hình dạng điện áp trên tụ điện của SM1 pha A, B, C.................................. 121
Hình 5.23 Hình dạng dòng điện vòng pha A, B, C............................................................. 121
Hình 5.24 Hình dạng điện áp nhánh trên và nhánh dưới pha A................................... 122
Hình 5.25 Hình dạng điện áp trên tải xoay chiều của pha A, B, C.............................. 122
xii
Hình 5.26 Hình dạng dòng điện trên tải xoay chiều của pha A, B, C.........................123
Hình 5.27 Hình dạng điện áp trên tụ điện của SM1 pha A, B, C.................................. 123
Hình 5.28 Hình dạng dòng điện vòng pha A, B, C............................................................. 123
Hình 5.29 Hình dạng điện áp nhánh trên và nhánh dưới pha A................................... 124
Hình 5.30 Hình dạng điện áp xoay chiều đầu ra của pha A, B, C................................ 124
Hình 5.31 Hình dạng dòng điện trên tải xoay chiều của pha A, B, C.........................124
Hình 5.32 Hình dạng điện áp trên tụ điện của SM1 pha A, B, C.................................. 125
Hình 5.33 Hình dạng dòng điện vòng pha A, B, C............................................................. 125
xiii
Mở đầu
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây BBĐ đa mức được coi như một giải pháp hiệu quả
cho các ứng dụng công suất lớn và điện áp cao. Các BBĐ đa mức giúp cho quá trình
sử dụng linh kiện bán dẫn với kích thước nhỏ hơn, dễ dàng hơn cho quá trình thiết
kế nhiệt của thiết bị. BBĐ đa mức tạo ra điện áp dạng sin từ các bước điện áp nhỏ
hơn từ các nguồn DC, là các loại nghịch lưu nối tầng, hoặc từ các cấp điện áp dùng
bộ phân áp bằng một loạt tụ, như nghịch lưu dùng diode kẹp (NPC) các mức điện áp
và nghịch lưu dùng hệ thống tụ DC tự do (FCC), nghịch lưu trên cơ sở cầu chữ H
nối tầng (CHB). BBĐ mô đun hóa MMC với một nguồn DC chung có thể chuyển
đổi được điện năng với điện áp lớn và công suất cao. BBĐ này có những ưu điểm
lớn đó là tính mô-đun hóa cao, khóa bán dẫn chỉ phải đóng cắt ở điện áp thấp, giảm
tổn hao do chuyển mạch, độ tin cậy cao, linh hoạt trong sửa chữa và thay thế thiết bị
[17]. Với cấu trúc mô đun hóa, MMC có thể tạo ra số mức rất lớn [18]. Với lợi thế
này, có thể xây dựng được các BBĐ MMC làm việc ở cấp điện áp từ trung thế (MV
– từ trên 1 kV đến 60 kV), đến mức cao thế (HV – 110 kV đến 220 kV) [19], [20],
[28], [33]. Như vậy, với dải công suất lớn, điện áp cao là vùng làm việc chủ yếu của
MMC để đạt được tính năng cao trong chuyển đổi điện năng.
Chiến lược điều khiển cho MMC trong nghiên cứu này tập trung vào các vấn
đề như: quá trình điều chế, cân bằng điện áp trên các tụ DC, và đặc thù đối với
MMC là vấn đề suy giảm sóng hài bậc cao của dòng điện vòng. Quá trình điều chế
cần đảm bảo hướng tới giảm tần số đóng cắt của van bán dẫn, từ đó giảm được tổn
hao do đóng cắt, trong khi phải đảm bảo giảm thiểu tổng độ méo sóng hài THD trên
dạng sóng điện áp ra. Để thực hiện được chiến lược điều khiển cho MMC, các thiết
bị vi xử lý mạnh mẽ đã ra đời cho phép thực hiện quá trình điều khiển với tốc độ
nhanh, chính xác và đáp ứng được số lượng cổng tín hiệu rất lớn của MMC để tạo
điều kiện hiện thực hóa việc điều khiển hàng loạt van bán dẫn trong cùng một
khoảng thời gian nhỏ.
Các kỹ thuật điều chế cho MMC được chia làm hai loại: điều chế tại tần số cơ
bản và điều chế độ rộng xung PWM. Đối với điều chế ở tần số cơ bản bao gồm các
phương pháp điều chế theo mức gần nhất (NLM) và mở rộng của nó là NLM cải
tiến. Về điều chế độ rộng xung PWM có thể áp dụng tất cả các phương pháp nhiều
sóng mang như đối với các nghịch lưu đa mức khác như kỹ thuật điều chế với các
sóng mang dịch pha PS-PWM và các sóng mang dịch mức LS-PWM [21]. Điều chế
với nhiều sóng mang dễ áp dụng và cũng có thể mang lại hiệu quả cao về đảm bảo
thành phần sóng hài với THD thấp [21], [51]. Tuy nhiên, do các dạng sóng mang là
cố định nên muốn thay đổi các chế độ của sơ đồ điều chế để đạt được những mục
tiêu khác như tăng khả năng sử dụng điện áp nguồn DC, giảm số lần đóng cắt của
1
Mở đầu
van bán dẫn bằng các sơ đồ điều chế gián đoạn. Với đặc thù của MMC là có thể tạo
ra số mức điện áp rất lớn nên thuật toán điều chế nhiều sóng mang trở nên rất phức
tạp. Việc cải tiến hay thực hiện quy luật điều chế mới luôn được quan tâm từ các
nhà khoa học trên thế giới. Phép điều chế SVM có những ưu điểm ở khả năng linh
hoạt hơn nhiều so với PWM. SVM có khả năng tạo ra quỹ đạo vector mong muốn
có dạng bất kỳ nhờ lựa chọn các vector trạng thái và các thời gian phù hợp trong
một chu kỳ điều chế [11], [43]. Điều này rất cần thiết để đảm bảo đặc tính động học
của hệ thống vì thông thường BBĐ nằm trong hệ thống các mạch vòng điều chỉnh,
lượng đặt cho BBĐ điện áp thường từ đầu ra của bộ điều khiển dòng điện có thể có
dạng khác xa so với hình sin, khi đó tính toán các lượng offset cho PWM nhiều
sóng mang trở nên là vấn đề lớn. Nhờ khả năng sắp xếp các vector tích cực một
cách tùy ý trong chu kỳ đóng cắt, SVM có thể cho phép thực hiện các phép điều chế
gián đoạn (DPWM) dễ dàng để giảm thiểu số lần khóa bán dẫn chuyển mạch [22].
Nhờ các vector trạng thái dư các thuật toán cân bằng điện áp DC giữa các pha và
giữa các tụ DC trên cùng một pha cũng có thể xây dựng được một cách thuận lợi.
Yêu cầu tính toán cao được coi là nhược điểm chính của SVM khi số lượng vector
trạng thái tăng lên nhanh theo số mức [9], [50], [53]. Như vậy việc xây dựng được
một thuật toán SVM hiệu quả về yêu cầu tính toán, có khả năng áp dụng cho nghịch
lưu MMC có số mức bất kỳ là một nhiệm vụ thực tiễn phải giải quyết.
Vấn đề cân bằng điện áp cho các tụ một chiều DC của MMC bao gồm cân bằng
điện áp giữa các tụ trên một nhánh pha và cân bằng điện áp giữa các pha với nhau.
Mục đích của cân bằng điện áp tụ chính là làm cho các tụ điện hoạt động ổn định và
lâu dài, đảm bảo trị số định mức theo yêu cầu để BBĐ có thể tạo ra các thông số đầu
ra mong muốn. Có nhiều phương pháp thực hiện cân bằng điện áp tụ này, tùy thuộc
vào mỗi phương pháp điều chế được lựa chọn. Trên cơ sở SVM cho MMC đưa ra
cân bằng điện áp được thực hiện bằng thuật toán dự báo trên tập hữu hạn các trạng
thái dư của các vector trạng thái, sao cho giá trị trung bình của điện áp trên tụ bằng
với giá trị đặt, như vậy sẽ luôn đảm bảo được cân bằng điện áp trên tụ giữa các
nhánh pha với nhau. Giá trị tức thời của các tụ DC còn được cân bằng bởi thuật toán
sắp xếp các tụ theo giá trị điện áp tăng dần hoặc giảm dần để lựa chọn đưa tụ nào
vào tùy theo cần nạp cho tụ hay cho tụ xả phụ thuộc vào chiều dòng điện.
Cũng như các BBĐ đa mức khác thì trong mạch MMC có tồn tại dòng điện
vòng trong mạch lực của MMC, dòng điện vòng trong MMC đóng vai trò là dòng
DC quyết định sự cân bằng công suất giữa phía DC với phía AC. Về mặt lý tưởng
nếu điện áp phía DC phẳng hoàn toàn thì dòng điện vòng chỉ có thành phần DC
[23], [24]. Tuy nhiên đối với mỗi nhánh một pha công suất tức thời phía AC có
dạng đập mạch với tần số bằng 2 lần tần số cơ bản, vì vậy trên dòng điện vòng
ngoài thành phần trung bình DC sẽ có các thành phần sóng hài bậc chẵn, 2, 4…
[28], [31]. Các thành phần hài này sẽ gây nên đập mạch trên các tụ DC và sẽ ảnh
hưởng đến chất lượng sóng hài của điện áp AC. Nếu muốn đập mạch điện áp trên tụ
2
Mở đầu
đủ nhỏ thì có thể phải chọn tụ DC đủ lớn, về lý tưởng là vô cùng lớn [47], điều
không thể chấp nhận vì tính kinh tế kỹ thuật của cả hệ thống. Vì vậy, suy giảm
thành phần sóng hài của dòng điện vòng là một nhiệm vụ quan trọng của hệ thống
điều khiển. Trên cơ sở hệ thống điều khiển MMC đã xây dựng được, việc chứng tỏ
những ưu thế của MMC trong các ứng dụng tiêu biểu cũng là một nhiệm vụ đặt ra
trong nghiên cứu này. Những ứng dụng tiêu biểu nhất cho MMC bao gồm: ứng với
chế độ MMC nối lưới không cần máy biến áp, ứng dụng trong bộ bù đồng bộ tĩnh
D-TATCOM để bù công suất phản kháng cho phụ tải điện…
Luận án này sẽ tập trung nghiên cứu về BBĐ đa mức có cấu trúc module MMC.
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
BBĐ đa mức MMC, các phương pháp điều chế SVM, PWM, NLM, phương
pháp điều khiển dự báo MPC áp dụng cho MMC để cân bằng điện áp trên các tụ
điện và làm suy giảm thành phần sóng hài dựa trên việc triệt tiêu giá trị dòng điện
vòng, đề tài cũng nghiên cứu một số ứng dụng tiêu biểu trong hệ thống điện dựa
trên cấu trúc BBĐ MMC. Trên cơ sở đó nghiên cứu thực nghiệm các phương pháp
điều chế cho MMC nhúng trong đối tượng xử lý tín hiệu số FPGA AX309 Xilinx.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu trên lý thuyết các phương pháp điều khiển, điều chế và thuật toán
chuyển mạch đảm bảo các yêu cầu đã đặt ra cho BBĐ. Nghiên cứu mô phỏng trên
máy tính kiểm chứng hoạt động của mô hình, nghiên cứu thực nghiệm để chứng
minh hoạt động thực tế của thuật toán điều khiển cho MMC.
MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Xây dựng thuật toán điều chế cho MMC có khả năng mở rộng để tạo số mức bất
kỳ, thiết kế các thuật toán điều khiển dòng điện vòng, điều khiển cân bằng điện áp
trên tụ điện, điều khiển BBĐ MMC trong các ứng dụng, xây dựng mô hình thực
nghiệm BBĐ MMC ba pha có 12 SM trên mỗi pha nhằm chứng minh khả năng chế
tạo BBĐ này trong các hệ thống biến đổi nguồn điện.
VẤN ĐỀ VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Về lý thuyết: Xây dựng mô hình toán học cho BBĐ MMC, phân tích và đánh giá
khả năng ứng dụng của các phương pháp điều điều chế NLM, SVM, PWM, phương
pháp điều khiển MPC, các thuật toán cân bằng điện áp trên các tụ điện kết hợp với
phương pháp điều khiển PI và các khâu cộng hưởng PR để loại bỏ các thành phần
hài bậc chẵn thấp nhất 2, 4, chỉ giữ lại thành phần một chiều truyền công suất từ
phía DC sang phía AC với mục tiêu đảm bảo chỉ số THD đạt giá trị yêu cầu. Thiết
kế các mạch vòng dòng điện, mạch vòng điện áp, mạch vòng công suất để đảm bảo
hoạt động của MMC trong các ứng dụng tiềm năng và đảm bảo được chất luợng
dòng điện, điện áp trong điều kiện điện áp luới mất cân bằng. Chỉ ra ứng dụng của
BBĐ MMC trong hệ thống điện.
Về thực tế: Xây dựng mô phỏng thời gian thực để kiểm chứng cấu trúc điều
khiển và thuật toán cân bằng năng lượng cho MMC. Đề tài xây dựng mô hình thực
3
Mở đầu
nghiệm BBĐ MMC để kiểm chứng các thuật toán điều chế tạo ra điện áp có dạng
bậc thang phía xoay chiều, nhằm mục đích chứng minh tính đúng đắn của phương
pháp đề xuất so với nghiên cứu lý thuyết. Các thuật toán điều khiển, điều chế được
nhúng trên thiết bị vi mạch tích hợp FPGA AX309 Xilinx.
Bố cục luận án gồm 5 chương như sau:
Chương 1. Tổng quan về BBĐ đa mức MMC: Giới thiệu và nêu vai trò của BBĐ
MMC trong các ứng dụng công nghiệp, phân tích dựa trên tổng hợp các công trình
nghiên cứu về BBĐ MMC đã được công bố trong và ngoài nước. Phân tích cấu
trúc, nguyên lý hoạt động và khả năng ứng dụng của MMC. Trình bày các vấn đề
điều khiển cho MMC, các tồn tại và phương pháp giải quyết, khả năng phát triển
của MMC ở hiện tại và tương lai. Chương này cũng trình bày các yêu cầu cơ bản
của MMC. Các vấn đề nghiên cứu, mục tiêu đề tài, định hướng và đóng góp của đề
tài cũng được nêu ra để thực hiện cho quá trình nghiên cứu ở các chương sau.
Chương 2. Thực hiện mô hình hóa BBĐ MMC: Nghiên cứu xây dựng mô hình
toán học của BBĐ. Dựa vào các biến và các phương pháp mô hình hóa, trong
chương này tác giả đã thực hiện xây dựng mô hình toán học của BBĐ MMC trong
một số chế độ cụ thể như khi phía xoay chiều được nối tải R-L và trong chế độ vận
hành nối lưới, chương này cũng phân tích mô hình MMC trong các phép điều chế
cơ bản kèm theo mô phỏng kiểm chứng kết quả.
Chương 3. Phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC: trọng tâm của chương
này là thực hiện các phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC đảm bảo trật tự
chuyển mạch tối ưu. Kết quả dòng điện, điện áp phía xoay chiều, điện áp tụ, dòng
điện vòng được đưa ra phân tích để đánh giá hiệu quả của BBĐ khi thực hiện các
phương pháp điều chế. Dựa trên kết quả phân tích của các phương pháp điều chế
đạt được, chương này sẽ phân tích, thiết kế điều khiển dự báo cân bằng điện áp
trung bình trên tụ điện ở mỗi nhánh van, thiết kế điều khiển suy giảm thành phần
sóng hài bậc cao trong dòng điện vòng. Từ đó sẽ mô phỏng kiểm chứng kết quả.
Chương 4. Hệ thống điều khiển trong các ứng dụng cho BBĐ MMC: Trong
chương này tác giả thực hiện thiết kế các vòng điều khiển dòng điện, điện áp và
điều khiển công suất tác dụng, công suất phản kháng dựa trên cấu trúc điều chế và
điều khiển đã thực hiện ở chương 3. Mục đích nâng cao chất lượng các kết quả đầu
ra phía xoay chiều khi BBĐ MMC nối lưới điện và thực hiện chức năng bù công
suất phản kháng mà lưới điện yêu cầu.
Chương 5. Xây dựng hệ thống thực nghiệm: Luận án trình bày các cấu trúc và
kết quả thực nghiệm với hệ thống BBĐ MMC gồm 12 SM trong mỗi pha: kiểm
nghiệm các phương pháp điều chế áp dụng cho BBĐ MMC.
Cuối cùng là kết luận và kiến nghị, cho thấy được đóng góp chính của luận án và
chỉ ra hướng phát triển tiếp theo của đề tài.
4
