Bài thuyết trình Thiết kế bộ điều khiển cho mạch nghịch lưu 3 pha sử dụng phương pháp điều chế SVM ở chế độ độc lập

Thiết kế bộ điều khiển cho mạch
nghịch lưu 3 pha sử dụng
phương pháp điều chế SVM
ở chế độ độc lập

•

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Trọng Minh

•

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hoàng

: 20161680

Nguyễn Hữu Hoàng Hải : 20161299
Ngô Quang Hà

: 20161225

Electronics
Laboratory
Power ElectronicsPower
Laboratory
- Hanoi University
of Science and Technology
PELAB ­ HUST


Nội dung
1

Thiết kế bộ điều khiển

2

Mô phỏng

10/17/20

PELAB ­ HUST

2


Phương pháp điều chế SVM

Sơ đồ cấu trúc T-type inverter

Hình 1.1. Cấu trúc T-type inverter

Hình 1.2. Trạng thái van bán dẫn và 3 mức điện áp ra
10/17/20

PELAB ­ HUST

3


•

1

Phương pháp điều chế SVM

Phân Chia Và Chọn Lựa Sector Cho Bộ Nghịch Lưu 3 pha 3 mức

Hình 1.2. Các Vector điện áp nghịch lưu 3 mức
10/17/20

PELAB ­ HUST

4


•

4

Cấu trúc thiết kế đối với chế độ nối lưới

Ứng với các giá trị thu được ta xác định được vị trí vector điện áp đặt trong tam giác lớn

z1x .z1 y < 0
z2 x .z2  y < 0
z3 x < 0 z3 x
Sec III
•

z1x .z1 y  0

z2 x .z2 y

0

0 z2 x < 0 z2 x

Sec VI

Sec V

0

Sec II

z1x  < 0 z1x
Sec IV

0

Sec I

Xác định hai hệ số m1, m2 là tỷ lệ hình chiếu của vector điện áp đầu ra mong 
muốn lên 2 vector cơ bản của góc phần sáu
Ứng với các trường hợp ta biết được vị trí Vector điện áp đặt trong tam giác 
nhỏ.

10/17/20

PELAB ­ HUST

5

−(m
1(m
−1−
112m
2m
m
−221))
(+1mm
21−
11+
2+)m

•

1

Trường hợp

Tam giác

m1 < 1
m2 < 1

1

m1 + m2 1

m1 1

1 < m1 + m2

2

4

m1 < 1
m2 1
1 < m1 + m2
m1

2
2

0

3

m2 > 1
1 < m1 + m2

10/17/20

2

PELAB ­ HUST

6

•

1

Thuật toán điều chế SVM

10/17/20

PELAB ­ HUST

7


•

2

Cấu trúc điều khiển điều chế SVM chế độ độc lập

SVM

Hình 1.3 Sơ đồ điều khiển tuyến tính phương pháp điều chế SVM cho bộ
nghịch lưu 3 pha kiểu T chế độ độc lập
10/17/20

PELAB ­ HUST

8

•

2

3.1 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện

Hình 2.1 Sơ đồ thay thế mạch vòng dòng điện nghịch lưu 3 mức T-type trong chế độ độc lập

10/17/20

PELAB ­ HUST

9


•

2
Phương trình cân bằng điện áp mạch điện tương đương:

disa
+ u La
dt
di
usb = rLisb + L sb + u Lb
dt
di
usc = rLisc + L sc + uLc
dt
usa = rLisa + L

Qua phép biến đổi CLAKE và PARK ta được cấu trúc điều khiển trên tọa độ quay dq:

disd
− ωs Lisq + u Ld
dt
disq
usq = rLisq + L
+ ωs Lisd + uLq
dt
usd = rLisd + L

usd = ∆ud + uLd − Lωisq
usq = ∆uq + uLq − Lωisd
10/17/20

PELAB ­ HUST

10


•

2

Hình 2.2 Cấu trúc điều khiển dòng điện trong hệ tọa độ
dq

10/17/20

PELAB ­ HUST

11


•

2

Hình 2.3 Mô tả toán học mạch vòng điều chỉnh dòng điện trên miền
toán tử Laplace

Hàm truyền đạt thể hiện mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện đầu ra mạch nghịch lưu

Gvi ( s ) =

10/17/20

is ( s )
=
us ( s ) − u L ( s )

1

1
=
� L � rL (1 + Ts)
rL �
1+ s �
� rL �

PELAB ­ HUST

(9)

12


•

2
Mô hình toán  học khâu điều chế độ rộng xung:

T
− ss
us ( s )
GSVM ( s) = * = e 2
us (s)

1
Ts
1+ s
2

� 1 �
H
(
s
)
=

K
1+
Sử dụng bộ điều khiển PI: c
�
pc �
T
s
� ic �
Hàm truyền hệ kín: H oc ( s ) =

Tic s + 1

TicTc 2
s + Tic s + 1
K pc

Các tham số bộ điều chỉnh cần đảm bảo băng thông mong muốn 1/Toc và độ tắt dần 
c . Và được viết dưới dạng hàm bậc hai dạng chuẩn như sau:

H oc ( s ) =

10/17/20

2ζ cToc s + 1
Toc2 s 2 + 2ζ cToc s + 1

PELAB ­ HUST

13

•

2
 
Từ đó các hệ số của bộ điều chỉnh xác định nh
ư sau:

K pc = 2ζ c L / Toc
Tic = 2ζ cToc

10/17/20

PELAB ­ HUST

14


•

2
mạch vòng điều chỉnh điện áp

Hình 2.4 Mô tả toán học mạch vòng điều chỉnh điện áp trên miền toán
tử Laplace

10/17/20

PELAB ­ HUST

15


•

2
Hàm truyền vòng kín của mạch vòng điều chỉnh điện áp:

TPR ( s ) =

( K P / C f ) s + ( Ki / C f )
vt ( s )
K P s + Ki
=
=
vt* ( s ) Cs 2 + K P s + K i s 2 + ( K P / C f ) s + ( K i / C f )
Giả thiết dẫn dắt theo hàm truyền khâu dao động bậc 2:

2ζωn s + ωn2
W2 nd ( s) = 2
s + 2ζωn s + ωn2
Tham số bộ điều chỉnh được xác định như sau:

K P = 2ζωnC f
K i = ωn2C f
Trong đó:

10/17/20

tần số dao động riêng.

PELAB ­ HUST

16


•

3

•

Thông số mô phỏng cho phương pháp điều chế SVM

MÔ PHỎNG

Tham số bộ điều khiển dòng điện (Toc=Ts=0.0002): K pc = 2ζ c L / Toc = 2*0.7 *0.01/ 0.0002 = 7
Tic = 2ζ cToc = 2*0.7 *0.0002 = 0.028

K P = 2ζωnC f = 2*0.7 *1000*0.00002 = 0.028
Tham số bộ điều khiển điện áp :  
K i = ωn2C f = 10002 *0.00002 = 20

10/17/20

PELAB ­ HUST

17

•

3
•

Chất lượng điện áp

Kịch bản 1: So sánh chất lượng điện áp, tổng độ méo hài THD của hai phương 
Signal
pháp

Selected signal: 5 cycles. FFT window (in red): 2 cycles
300
0

-300
0

0.02

0.04

0.08

0.1

Time (s)

FFT analysis

Dạng điện áp sau lọc

0.06

Fundamental (50Hz) = 311.1 , THD= 1.24%

0.3
0.2
0.1
0

0

10

20

30

40

Harmonic order

Chỉ số THD = 1.24%

Điện áp trên 2 tụ DC

10/17/20

PELAB ­ HUST

18


•

3
•

2
110 2
Kịch bản mô phỏng 2: Điện áp tham chiếu thay đổi t220
ừ            sang            t
ại 0.04s

Điện áp dây đầu ra mạch nghịch lưu

Điện áp sau lọc

Điện áp trên hai tụ DC

10/17/20

PELAB ­ HUST

19


•

3
•

2
110 2
Kịch bản mô phỏng 2: Điện áp tham chiếu thay đổi từ220
            sang            t
ại 0.04s

Đáp ứng giá trị thực và đặt cho từng thành phần
dòng điện với bộ điều khiển tuyến tính.

10/17/20

Đáp ứng giá trị thực và đặt cho từng thành phần
điện áp với bộ điều khiển tuyến tính.

PELAB ­ HUST

20


3
•

2
110 2
Kịch bản mô phỏng 2: Điện áp tham chiếu thay đổi từ220
            sang            t
ại 0.04s

Signal mag.

Signal

Selected signal: 5 cycles. FFT window (in red): 2 cycles

200
0
-200
0

0.02

FFT analysis

Mag (% of Fundamental)

•

0.04

0.06

0.08

0.1

Time (s)
Fundamental (50Hz) = 155.6 , THD= 1.51%

1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Harmonic order

Tổng méo hài THD của điện áp pha A

10/17/20

PELAB ­ HUST

21


•

3
•

Tải phi tuyến

Kịch bản mô phỏng 3: Tải phi tuyến ( chỉnh lưu diode 3 pha) 

Mạch chỉnh lưu diode 3 pha

10/17/20

PELAB ­ HUST

22


3
Signal
Signal mag.

Selected signal: 5 cycles. FFT window (in red): 2 cycles

200
0
-200
0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Time (s)

FFT analysis

Fundamental (50Hz) = 311.1 , THD= 15.64%

Điện áp sau lọc LC với bộ điều khiển 
tuyến tính cho phương pháp điều chế 
SVM

Mag (% of Fundamental)

•

15

10

5

0

0

100

200

300

400

Harmonic order

Điện áp Pha A và THD của phương 
pháp điều chế SVM

10/17/20

PELAB ­ HUST

23

•

3

Đáp ứng giá trị thực và đặt cho từng thành phần
dòng điện.

10/17/20

Đáp ứng giá trị thực và đặt cho từng thành phần
điện áp.

PELAB ­ HUST

24


Trân trọng cảm ơn!

Electronics
Laboratory
Power ElectronicsPower
Laboratory
- Hanoi University
of Science and Technology
PELAB ­ HUST