Nghiên cứu các phương pháp điều chế và điều khiển bộ biến đổi bán dẫn công suất đa mức kiểu module hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trần Hùng Cường

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN
BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN CÔNG SUẤT ĐA MỨC
KIỂU MODULE HÓA

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9520216

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội- 2020


Cơng trình được hồn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
HD1: PGS. TS. Trần Trọng Minh
HD2: TS. Phạm Việt Phương

Phản biện 1: GS.TSKH. Thân Ngọc Hoàn
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Anh Nghĩa
Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Thanh Hải

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường
họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Vào hồi 8 giờ 30 phút, ngày 14 tháng 5 năm 2020

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

1. Trần Hùng Cường, Nguyễn Văn Tiến, Phạm Việt Phương, Trần
Trọng Minh, Phương pháp điều chế NLM (Nearest Level
Modulation) và thuật toán cân bằng năng lượng cho bộ biến đổi đa
mức cấu trúc module, Hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về Điều khiển và
Tự động hoá VCCA-2015 (10/2015).
2. Tran Hung Cuong, Tran Trong Minh, Hoang Thanh Nam, Model
Predictive Control Method for Modular Multilevel Converter
Application, the 11th SEATUC Symposium, tháng 3 năm 2016.
3. Phạm Việt Phương, Trần Hùng Cường, Áp dụng phương pháp
điều chế NLM (Nearest – Level - Modulation) cho bộ biến đổi đa
mức cấu trúc Module MMC, Chuyên san kỹ thuật điều khiển & tự
động hóa số 4 năm 2017 pp 12-17.
4. Hoàng Thành Nam, Trần Hùng Cường, Trần Trọng Minh, Phạm
Việt Phương (2017) Điều khiển dự báo cho nghịch lưu bảy mức cấu
trúc cầu H nối tầng, Hội thảo về Điều khiển và Tự động hóa cho sự
phát triển bền vững (CASD-2017).
5. Hoàng Thành Nam, Trần Hùng Cường, Phạm Việt Phương, Trần
Trọng Minh, Vũ Hoàng Phuương, Giảm số lượt tính tốn hàm mục
tiêu của phương pháp điều khiển dự báo cho bộ biến đổi đa mức cầu
H nối tầng để giảm tần số đóng cắt van, Hội nghị - Triển lãm quốc tế
lần thứ 4 về Điều khiển và Tự động hoá VCCA-2017 (12/2017).

6. Trần Hùng Cường, Hoàng Thành Nam, Trần Trọng Minh, Phạm
Việt Phương, Vũ Hoàng Phương, Điều khiển dự báo hữu hạn các
trạng thái đóng cắt các van cho bộ biến đổi đa mức có cấu trúc
MMC, Hội nghị - Triển lãm quốc tế lần thứ 4 về Điều khiển và Tự
động hoá VCCA-2017 (12/2017).
7. Trần Hùng Cường, Trần Trọng Minh, Phạm Việt Phương, Điều
khiển dự báo hữu hạn các trạng thái đóng cắt van cho bộ biến đổi đa
mức cấu trúc MMC, Tạp chí khoa học Công nghệ, số 133 (3.2019).
8. Trần Hùng Cường, Trần Trọng Minh, Phạm Việt Phương, Phạm
Đỗ Tường Linh, Điều khiển bộ miến đổi đa mức có cấu trúc MMC
dựa trên phương pháp dự báo dịng điện, Tạp chí Khoa học và công
nghệ, Đại học Đà Nẵng, Vol. 17, No. 1.1-2019, pp 26-30.
9. Tran Hung Cuong, Pham Viet Phuong, Tran Van Phuong, Tran
Trong minh, Experiment on Nearest Level Modulation algorithm for
FPGA based Modular Multilevel Converters, 10th International
Conference on Power Electronics - ECCE Asia (ICPE 2019-ECCE
Asia), (5/2019).



LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng 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 22 tháng 05 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, Tơi đã hồn 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 chun mơn để tơi hồn thiện luận án này.
Tơi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong bộ môn Tự động hóa Cơng nghiệp,
các Thầy Cơ cơng tác tại viện Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa, đã có những ý
kiến góp ý chân thành, sâu sắc trong suốt q trình tơi 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 tơi hồn 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 Phịng 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 Tơi trong
việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu trong học tập để tơi có kết quả như ngày hơm nay.
Tơi xin bày tỏ lịng 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 Tơi đã ln quan tâm,
động viên và giúp đỡ để Tơi vượt qua mọi khó khăn để hồn thành luận án.
Hà Nội, ngày 22 tháng 05 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 ngồi nước .................................................. 5
1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................... 5
1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi 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: MƠ HÌNH HĨA BỘ BIẾN ĐỔI MMC............................................. 20
2.1 Mơ hình trạng thái liên tục của BBĐ MMC khi nối tải R-L........................ 20
2.2 Mơ hình BBĐ MMC trong chế độ nối lưới................................................ 27
2.3 Mơ hình MMC trong các phương pháp điều chế cơ bản ............................. 30
2.3.1 Mơ 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
2.3.2 Phương pháp điều chế PWM…………………………………..………………….34
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


iii


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

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 Mơ hình dự báo dịng điện vịng, điện áp tụ điện của MMC................... 72
3.7.2 Hàm mục tiêu của thuật tốn 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 dịng điện vịng trong
MMC ........................................................................................................ 76
3.9 Mơ hình và kết quả mơ phỏng MMC dựa trên thuật tốn điều khiển dự báo
dịng điện vòng và cân bằng điện áp tụ điện ................................................ 80
3.9.1. Mơ hình các khối mơ phỏng trong matlab-simulink ............................... 80
3.9.3 Kết quả mơ 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 .............................. 106
4.3 Tóm tắt và kết luận ................................................................................. 108
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 tốn thiết kế hệ thống thực nghiệm ................................................. 110

5.2.1 Tính tốn thiết kế mạch lực .................................................................... 110
5.2.2 Tính tốn thiết kế mạch đo ..................................................................... 112
5.2.3 Mạch ADC ............................................................................................. 114
5.2.3 Tính tốn 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


iv


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
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 CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................. 130
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 139
Phụ lục 1 Các chương trình lập trình ............................................................ 139
Phụ lục 2 Hình ảnh một số khối thực hiện mơ phỏng trên Matlab-Simmulink. 146
Phụ lục 3 Tính tốn thơng 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∝, iβ
iv
ix
iDC
iref
iref_d , iref_d
iHx
iLx
vHx
vx
vLx
VDC
VC
Vdiff
P
Q
VSM
vex

V
A
A
A

A
A
A
A
A
A
V
V
V
V
V
V
W
Var
V
V

Ý nghĩa
Cuộn cảm trên tải
Điện trở trên tải
Cuộn cảm trên nhánh của MMC
Tụ điện của SM
Điện trở nhánh của MMC
Điện áp nguồn điện phía xoay
Dịng điện chạy qua cuộn cảm trên hệ tọa độ dq
Dòng điện chạy qua cuộn cảm trên hệ tọa độ ∝β
Dịng điện vịng
Dịng điện phía đầu ra xoay chiều
Dịng điện phía một chiều
Dịng điện đặt

Dịng 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
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

Σ
Cx

V

Điện ốáp tổng của tụ điện được chèn vào trong một pha

Cx

Σ

F

Điện dung tổng trong một pha

Cl

Ll
ωs

F
H
rad/s

Điện dụng bộ lọc nối lưới
Điện cảm bộ lọc nối lưới
Tần số góc dịng điện và điện áp lưới

H

Đơn vị
H
Ω

H
F
Ω

L

V


vi


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ĐTCS
BBĐ
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
Nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng
Gate Mảng cổng lập trình được

Cascaded H -bridge
Field Programmable
Array
H-Bridge
Digital Signal Processor
Flexible AC Transmission
System
Flying Capacitor
Insulated
Gate
Bipolar
Transistor
Photovoltaic
Neutral –point converter
Model Predictive Control
Finite Control Set
Phase Locked Loop
Pulse Width Modulation
Modular multilevel Converter
Static
Synchronous
Compensator
Flux oriented control
Total Harmonic Distortion
Nearest Level Modulation

Space Vector Modulation
Sub Module
Phase Shift Carrier Based
Modulation
Level Shift Carrier Based
Modulation
In Phase Disposition
Phase Opposite Disposition
Alternative Phase Opposite
Disposition

Cầu H
Xử lý tín hiệu số
Hệ thống truyền tải
hoạt
Tụ bay
Van IGBT

xoay chiều linh

Điện mặt trời
Bộ biến đổi đa mức diode chốt
Điều khiển dựa trên mơ hình dự báo
Điều khiển hữu hạn trạng thái đóng cắt
Vịng khóa pha
Điều chế độ rộng xung
Bộ biến đổi đa mức cấu trúc module
Thiết bị bù đồng bộ tĩnh
Điều khiển tựa theo từ thông
Tổng méo sóng hài

Điều chế mức gần nhất
Điều chế vector khơng gian
Bộ biến đổi nửa cầu
Điều chế theo sóng mang dạng dịch pha
Điều chế theo sóng mang dạng dịch mức
Sóng mang cùng pha
Sóng mang đối xứng qua trục thời gian
Sóng mang ngược pha giữa hai sóng
mang kề nhau, dịch một góc 180o
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 [k g, kh] , mg + m h <=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 [k g, kh], mg + m h > 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 + m h <= 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 [k g, kh], m g + m h > 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 + m h <= 1............. 62
Bảng 3.10 Bảng hệ số điều chế cho các pha, sector I, III, V, m g + m h >1............... 62
Bảng 3.11 Bảng các hệ số điều chế cho các pha, sector II, IV, VI, mg + m h <=1 ... 62
Bảng 3.12 Bảng các hệ số điều chế cho các pha, sector II, IV,VI, m g + m h>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 dịng điện có chiều
dương; (c) và (d) khi dịng 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 mơ hình trung bình của BBĐ MMC ........................................... 21
Hình 2.3 Đồ thị mơ 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
Hình 2.16 Điều chế sóng mang dịch pha sử dụng hai sóng mang ngược pha 180 o 38
Hình 2.17 Điều chế sóng mang dịch pha sử dụng hai sóng sin ngược pha 180 o..... 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 Dịng 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 dịng điện trên tải ......................................... 42
Hình 2.28 Điện áp nhánh trên và nhánh dưới pha A của MMC .............................. 43
Hình 2.29 Dịng 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 Dịng điện vịng 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 dịng 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 khơng 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 q trình tính tốn các hệ số điều chế .......................... 53
Hình 3.6 Ba hệ tọa độ khơng vng góc tạo nên các góc phần sáu (các Sector) .... 53
Hình 3.7 Thuật tốn xác định sector lớn ................................................................. 54
Hình 3.8 Tín hiệu PWM và thời gian sử dụng vector tích cực, vector khơng ......... 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 + m h <= 1 ... 61
Hình 3.14 Mẫu xung khi chuyển hệ tọa độ abc, sector I,III,V, khi mg + m h > 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 k Hx 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 tốn cân bằng điện áp tụ điện ....................................................... 66
Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý của thuật tốn 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 Dịng 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 dịng 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 tốn 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 dịng điện vịng trong một pha của MMC ............... 78

Hình 3.33 Lưu đồ thuật toán điều khiển dự báo xác định J Vmin và kOpt .................... 79
Hình 3.34 Sơ đồ cấu trúc mơ phỏng hệ thống BBĐ MMC áp dụng điều khiển cân
bằng điện áp trung bình trên tụ và điều khiển dịng điện vịng dựa trên thuật tốn
điều chế SVM ............................................................................................................ 80


x


Hình 3.35 Sơ đồ mơ 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 mơ phỏng điều chế SVM và điều khiển dòng điện vòng và
cân bằng điện áp tụ DC............................................................................................ 82
Hình 3.38 Mơ hình cấu trúc chuyển tọa độ abc sang ∝β trong matlab-simulink ... 83
Hình 3.39 Mơ hình xác định Sector và giá trị m g, mh trong điều chế SVM............. 83
Hình 3.40 Mơ hình lập trình xác định tọa độ nguyên kg, kh; kiểu tam giác D 1, D2 và
các hệ số d 1, d2, d3 .................................................................................................... 83
Hình 3.41 Mơ hình mơ phỏng điều khiển suy giảm thành phần sóng hài bậc cao
cho dịng điện vịng của MMC.................................................................................. 84
Hình 3.42 Mơ 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 Mơ hình xác định thời gian đóng mở van trong một nhánh của MMC . 85
Hình 3.44 Dịng 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 Dịng điện vịng 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 dịng 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 d A, dB, dC trong điều chế SVM ....................... 88
Hình 3.54 Hình dạng giá trị tối thiểu của hàm mục tiêu J vmin.................................. 88
Hình 3.55 Giá trị thực của i vA, vHA, vLA, vdiff_A ......................................................... 88
Hình 3.56 Giá trị dự báo của i vA, vHA, vLA, vdiff_A...................................................... 89
Hình 4.1 Sơ đồ mạch vịng dịng điện....................................................................... 93
Hình 4.2 Cấu trúc điều khiển mạch vịng dịng điện ................................................ 93
Hình 4.3 Sơ đồ khối mạch vịng cơng suất ............................................................... 94
Hình 4.4 Cấu trúc mạch vịng điều khiển mạch vịng cơng 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 Dịng điện ba pha phía xoay chiều cung cấp cho lưới điện ...................... 97
Hình 4.8 Cơng suất phản kháng BBĐ MMC cung cấp cho lưới điện ...................... 97
Hình 4.9 Đáp ứng dịng 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 ........................................... 98
Hình 4.13 Kết quả phân tích Fourier dạng điện áp xoay chiều .............................. 98