Cân bằng điện áp dựa trên thuật toán sắp xếp giá trị điện áp tụ điện trong bộ biến đổi đa mức mmc

Trần Hùng Cường, Phạm Việt Phương 66 CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP DỰA TRÊN THUẬT TOÁN SẮP XẾP GIÁ TRỊ ĐIỆN ÁP TỤ ĐIỆN TRONG BỘ BIẾN ĐỔI ĐA MỨC MMC VOLTAGE BALANCE BASED ON CAPACITOR VOLTAGE VALUE SORTING ALGORITHM IN THE MMC CONVERTER Trần Hùng Cường1*, Phạm Việt Phương2 Trường Đại học Thủy lợi Trường Đại học Bách khoa Hà Nội *Tác giả liên hệ: cuongth@tlu.edu.vn (Nhận bài: 21/9/2022; Chấp nhận đăng: 21/02/2023) Tóm tắt - Việc áp dụng biến đổi MMC (Modular Mutilevel Converter) cho hệ thống điện có nhiều ưu điểm như: Hoạt động điện áp cao, công suất lớn Vấn đề MMC áp dụng điều chế NLM (Nearest Level Modulation) cân điện áp tụ điện nhằm đảm bảo hoạt động ổn định MMC để giảm tần số chuyển mạch IGBT Bài báo đề xuất thuật toán cân điện áp tụ điện cách xếp giá trị điện áp tụ điện để lựa chọn đóng mở SM (Sub-Module) Thuật toán thực cách xếp giá trị điện áp tụ đo từ cảm biến để chọn lựa cách phù hợp bật chu kỳ điều chế để đảm bảo cân điện áp tụ SM Thuật toán áp dụng cho mơ hình MMC có 13 mức điện áp xoay chiều kiểm chứng mô phần mềm Simulink thực nghiệm để chứng minh thực thuật toán khả thi Abstract - The application of Modular Mutilevel Converter (MMC) in power systems has many advantages such as: Operation at high voltage, large capacity The problem of MMC when applying Nearest Level Modulation (NLM) is to balance the voltage on the capacitors to ensure the stable operation of the MMC to reduce the switching frequency of the IGBT This paper proposes a voltage balance algorithm on the capacitor by arranging the capacitor voltage value to select the ON and OFF option of the Sub-Module (SM) The algorithm is implemented by the arrangement of the capacitor voltage value measure from the sensors to select the appropriate turned-on SMs in a modulation cycle in order to ensure the capacitor voltage balance among SM The algorithm is applied in the MMC model with 13 voltage levels and is verified by the simulation on Simulink software and system experiments to prove that the algorithm is feasible Từ khóa - Cân điện áp tụ điện; điều chế NLM; thực nghiệm MMC; Bộ biến đổi đa mức MMC Key words - Capacitor voltage balance; NLM modulation; experimental MMC; Multilevel converter MMC Đặt vấn đề Hiện nay, công nghệ truyền tải điện chiều điện áp cao xa nghiên cứu phát triển mạnh mẽ [1], việc nhằm mục đích giảm tổn thất tiết kiệm chi phí Tuy nhiên, nguồn điện sử dụng phổ biến nguồn điện xoay chiều, để thực truyền tải điện chiều BBĐ (Bộ biến đổi) đóng vai trị quan trọng để chuyển đổi dạng lượng điện với Để chuyển đổi có hiệu nguồn điện cơng suất lớn, điện áp cao BBĐ đa mức có mạnh vượt trội có tính modun hóa, chịu điện áp lớn mà van bán dẫn chịu mức điện áp nhỏ [2] Có nhiều loại cấu trúc BBĐ đa mức nghiên cứu đưa vào sử dụng thực tế như: BBĐ đa mức có cấu trúc Neutral –point converter, Cascaded H -bridge … [3] Trong năm gần đây, BBĐ đa mức MMC quan tâm mạnh mẽ nhà nghiên cứu có nhiều ưu điểm như: Dễ dàng chuyển đổi điện áp mức cao mà cấu trúc thuật toán điều khiển dễ dàng triển khai [4] Đặc điểm có nhờ MMC cấu tạo SM có cấu trúc đơn giản chúng mắc nối tiếp với pha MMC, việc chia nhỏ điện áp chịu đựng lên SM làm cho van bán dẫn SM hoạt động dễ dàng chịu mức điện áp thấp [5, 8] Tuy nhiên, với số lượng lớn SM mắc nối tiếp với pha, trình bật tắt khơng đồng thời SM khiến cho điện áp tụ điện SM khơng đồng đều, chí có chênh lệch lớn Vì vậy, tức thời SM chịu đựng mức điện áp vượt khả chịu đựng chúng ảnh hưởng đến trình làm việc lâu dài SM, trình làm dòng điện nhánh dao động mạnh phía đầu [6] Do vậy, cần giải pháp để thực trình cân điện áp tụ điện Dựa phương pháp điều chế PWM (Pulse Width Modulation) kiểu dịch pha, sóng điều chế tự giữ cân điện áp Tuy nhiên, phương pháp bị hạn chế số mức MMC tăng cao việc thực thuật toán trở nên phức tạp, van bán dẫn phải hoạt động với tần số đóng cắt lớn [7] Trong báo này, thuật toán cân điện áp tụ thực cách xếp điện áp theo chiều tăng dần nhánh MMC Sau đó, thuật tốn lựa chọn SM có điện áp tụ cao thấp để bật theo chiều dòng điện nhánh Việc chọn lựa tụ điện có mức điện áp gần với giá trị trung bình điện áp tụ nhánh van dẫn đến cân điện áp tụ điện tốt Phương pháp phù hợp với việc điều chế NLM cải tiến áp dụng cho BBĐ MMC Để kiểm chứng hoạt động thuật toán, tác giả thực mơ mơ hình MMC 13 mức điện áp phần mềm Matlab/Simulink thực nghiệm thuật toán dựa mơ hình thực quy mơ phịng thí nghiệm, số mức đủ lớn để chứng minh Thuy Loi University (Tran Hung Cuong) Ha Noi University of Science and Technology (Pham Viet Phuong) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 21, NO 2, 2023 thuật toán điều chế lý thuyết thực nghiệm cho mô hình MMC Các kết mơ thực nghiệm chứng minh phù hợp thuật toán Cấu trúc hoạt động MMC 67 iH iL dòng điện nhánh nhánh pha MMC; vH vL tổng điện áp SM nhánh nhánh pha BBĐ; ve iv điện áp dịng điện phía xoay chiều biến đổi iDC iDC iH SM + vH_A SM1 SM1 SM1 S1 SM2 SM2 SM2 SMN SMN SMN vH S2 _ VDC/2 VC VDC/2 Lo i ro Lo iH_A VA iL_A L iA VB iB VC iC Lo iv Tải Lo VDC/2 + vL_A _ vL SMN+1 SMN+1 SMN+1 SMN+2 SMN+2 SMN+2 SM2N SM2N SM2N iL Hình Sơ đồ thay pha MMC Khi đó, dịng điện phía xoay chiều MMC biểu diễn phương trình sau: Hình Cấu trúc biến đổi MMC Sơ đồ cấu trúc ba pha BBĐ MMC thể Hình Mỗi pha chia thành hai nhánh van, nhánh van có N SM BBĐ nửa cầu giống nhau, chúng mắc nối tiếp với nối tiếp với cuộn kháng Lo Điện áp đầu MMC lấy điểm pha, điện trở ro mô tả tổng điện trở nhánh pha Số lượng SM pha kết hợp với phương pháp điều chế NLM định số mức điện áp phía xoay chiều MMC Khi số lượng SM đủ lớn chất lượng điện áp đầu cải thiện đáng kể, việc điều khiển làm giảm tần số đóng cắt van SM làm cho giảm tổn hao nâng cao chất lượng sóng sin điện áp dịng điện phía đầu Phía chiều MMC cấp nguồn VDC chung, điện áp phía DC SM nhánh VDC/N Khi MMC làm việc, hai van bán dẫn SM điều khiển ON (bật) OFF (tắt) để đưa hai mức điện áp đầu VC Quá trình kết hợp SM đóng mở pha, tạo bậc điện áp mong muốn phía đầu xoay chiều Trạng thái bật tắt SM mơ tả Hình 2, trạng thái cịn gọi trạng thái “chèn vào” “bỏ qua” SM trường hợp chiều dịng điện có chiều dương Hình 2a trường hợp dịng điện có chiều âm Hình 2b Ở đây, ta định nghĩa: Trạng thái ON hay trạng thái “chèn vào” trạng thái mà điện áp đầu phía AC SM điện áp VC phía DC Trạng thái OFF hay trạng thái “bỏ qua” trạng thái mà điện áp đưa phía AC SM không ON OFF ON i L ve R VDC/2 ro R S1 i S1 i S1 VC VC S2 S2 a) OFF i S1 VC VC S2 S2 b) Hình Trạng thái ON OFF SM khi: a) dịng điện có chiều dương; b) dịng điện có chiều âm Hình sơ đồ thay pha MMC Trong đó, VDC iDC điện áp dịng điện phía DC MMC; i = iH − iL (1) Nếu bỏ qua điện áp rơi điện trở cuộn kháng phía AC MMC giá trị điện áp xoay chiều ve tính theo biểu thức sau: (2) ve = (vH − vL ) Giá trị điện áp vH vL phương trình (2) tính theo biểu thức sau:  vH = mH VCH  vL = mLVCL (3)  Trong đó, VCH VCL tổng điện áp SM nhánh nhánh chèn vào; mH mL hệ số số lượng SM chèn vào nhánh nhánh pha có giá trị khoảng từ đến Nếu mH mL nghĩa tất SM nhánh nhánh chèn vào, ngược lại mH mL nghĩa khơng có SM chèn vào Điện áp nhánh điện áp VDC đầu vào liên hệ với theo biểu thức sau: VDC = vH + vL (4) Để tạo điện áp xoay chiều AC từ nguồn chiều DC, có nhiều phương pháp điều chế áp dụng thành công cho MMC LSPWM, PSPWM, SVM [7] Trong báo này, thuật toán cân điện áp thực dựa việc áp dụng phương pháp NLM cải tiến cho MMC, trình thực thuật toán điều chế NLM cải tiến cho MMC trình bày cụ thể tài liệu [8] Nội dung báo tập trung phân tích xây dựng thuật toán cân điện áp tụ MMC dựa việc xếp giá trị điện áp tụ điện để lựa chọn bật/tắt SM theo phương pháp điều chế NLM cải tiến Thuật toán cân điện dựa thuật toán xếp giá trị điện áp tụ điện Cân điện áp tụ điện có vai trị quan Trần Hùng Cường, Phạm Việt Phương 68 trọng hoạt động MMC cân điện áp tụ điện làm suy giảm chất lượng sóng hài điện áp đầu MMC [9] Để phát cân điện áp tụ điện cần so sánh chúng với giá trị trung bình điện áp tụ nhánh Khi điện áp tụ lớn giá trị trung bình ngưỡng ta cần cho tụ phóng điện, nhỏ cần cho tụ nạp điện Có nhiều phương pháp đề xuất tài liệu [9] Tuy nhiên, việc áp dụng chúng thường đòi hỏi phải hiệu chỉnh lượng đặt điện áp nhánh trên, nhánh pha điều phức tạp phương pháp điều chế Lý không giống giá trị tụ điện sử dụng cho SM MMC Bên cạnh đó, việc liên tục “chèn vào” hay “bỏ qua” SM thời điểm để tạo mức điện áp mong muốn địi hỏi cần có chiến lược để giữ cân điện áp nhánh van biến đổi Yêu cầu phóng nạp tụ thể sau:  VCix  Vavg + V   VCix  Vavg − V Đo giá trị VC_SM2 Đo giá trị VC_SM N VC,min VC,max Mã hóa lưu giá trị nhớ vi điều khiển Giữ nguyên trạng thái Đúng Điện áp tụ điện từ cảm biến VC_SM1, VC_SM2, , VC_SM N Sắp xếp theo thứ tự tăng dần giá trị điện áp tụ điện VC,min , (5) Nạp tụ Ci Sắp xếp theo thứ tự tăng dần giá trị điện áp tụ điện Sai , VC,max Mã hóa lưu giá trị nhớ vi điều khiển Thuật toán cân điện áp tụ điện làm giảm tần số đóng cắt trung bình pha đồng thời phân phối cân điện áp tụ SM, giảm đáng kể biên độ dịng điện vịng mà khơng ảnh hưởng đến điện áp dòng điện đầu MMC Khi số lượng SM nhánh van BBĐ MMC lớn phương pháp cân điện áp dựa việc xếp điện áp tụ điện để chọn SM “chèn vào” phương pháp phù hợp Các phương pháp điều chế đề xuất thực miền thời gian thực gồm hai phần: Đầu tiên tạo bước chuyển mạch; Sau cân điện áp tụ điện VC_SM1 VC_SM2 : : VC_SM N MMC hoạt động Xả tụ Ci (i = 1, 2,…,12) Trong đó, V giá trị ngưỡng lựa chọn theo yêu cầu mong muốn cân điện áp tụ Ví dụ, chọn V = 1%VDC , tức 1% điện áp DC định mức Đo giá trị VC_SM1 tụ điện gửi đến vi xử lý Sau đó, giá trị điện áp xếp theo giá trị tăng dần, bước giá trị điện áp mã hóa lưu giá trị chúng Hình Sau xếp giá trị điện áp tụ điện, thuật tốn lập trình tính hệ số điều chế m, mục đích việc để xác định SM “chèn vào” “bỏ qua” sau biết chiều dịng điện Hình lưu đồ mơ tả thuật tốn cân điện áp tụ cho MMC 1VDC 2VDC nVDC Hình Thuật tốn xếp giá trị điện áp tụ mã hóa Dựa phương pháp NLM cải tiến, phần trình bày chi tiết thuật toán cân điện áp tụ, thuật toán xác định số lượng SM pha chèn vào chu kỳ Theo tài liệu [8] chu kỳ pha có số lượng N SM tổng số 2N SM chèn vào, phụ thuộc vào thuật toán xếp định số lượng SM nhánh nhánh bật tắt Theo Hình dịng điện chạy SM dương âm, phương pháp đề xuất vào chiều dòng điện chạy SM để xếp giá trị điện áp đo đưa phương án SM Để mơ tả chi tiết thuật tốn, q trình xếp cân điện áp thực nhánh pha A, pha B, C trình thực tương tự Cụ thể trình sau: Bước giá trị điện áp tụ điện đo từ cảm biến đo điện áp 1VDC, 2VDC, Tắt tất SM nhánh m=0 , nVDC Xác định hệ số chèn m m=1 Bật tất SM nhánh 0 0), thuật tốn chọn SM có điện áp lớn để bật, lúc tụ điện nạp điện áp tụ tăng dần điện áp phía xoay chiều tăng lên bậc theo hình bậc thang Ngược lại, dịng điện qua SM có chiều âm (iSM < 0), thuật toán chọn SM có điện áp nhỏ để bật, lúc tụ điện xả điện áp tụ giảm điện áp phía xoay chiều giảm xuống bậc theo hình bậc thang Lưu ý rằng, theo phương pháp điều chế NLM cải tiến chu kỳ trích mẫu có SM nhánh bật, lúc có SM nhánh ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 21, NO 2, 2023 tắt ngược lại để đảm bảo chu kỳ trích mẫu ln có N SM pha “chèn vào” Nghĩa thời điểm có nửa số lượng SM pha chèn vào, tổng điện áp đặt lên tất tụ (kể chèn vào hay bỏ qua) VDC A B C tụ điện bật tắt Từ đó, tạo tín hiệu để đóng cắt van IGBT ba pha Hình Pha C Điều chế NLM pha C Điều chế NLM pha B VDC/2 _ + + Thuật tốn iHa NLM V làm trịn SM_1a 0,25 VSM_Na Sắp xếp cân điện áp tụ NOT + + VDC/2 Thuật tốn NLM làm trịn 0,25 iLa VSM_N+1a VSM_2Na iHA SM1a VDC/2 vHA R iC NOT SM_Na iHB Pha A Điều chế NLM pha A D Sắp xếp cân điện áp tụ NOT _ Ro L iB Lo iA S1 SM_N+1a + S2 VC V /2 DC vLA NOT iHC Pha B Voltage (V) 69 SM_2Na iLC _ iLB Thời gian iLA Hình Trạng thái điện áp AC đầu MMC Hình mơ tả điện áp đầu VAC MMC chu kỳ điều chế tương ứng với trạng thái khác nhau: Trạng thái A: Điện áp đầu lớn nhất, để đạt trạng thái này, tất SM nhánh bỏ qua điện áp VDC/2 nối trực tiếp tới đầu ra, tất SM nhánh phía chèn vào, tổng điện áp qua SM nhánh VDC/2 Trạng thái B: Điện áp giảm dần bám theo bậc thang Để đạt điều này, SM nhánh phía chèn vào Để đảm bảo số lượng SM chèn vào khơng thay đổi SM nhánh phải bỏ qua Sau SM nhánh chèn vào SM nhánh bỏ qua điện áp đầu đạt trị số VDC/2 – VSM Khi đó, điện áp xoay chiều đầu giảm Trạng thái C: Điện áp đầu nhỏ nhất, tất SM nhánh chèn vào tất SM nhánh bị bỏ qua, điện áp đầu lúc -VDC/2 Trạng thái D: Để tăng dần điện áp đầu bám theo bậc thang từ giá trị nhỏ nhất, SM nhánh chèn vào, để đảm bảo số lượng SM chèn vào khơng thay đổi SM nhánh tương ứng bỏ qua Sơ đồ nguyên lý thuật toán cân điện áp tụ điện cấu trúc MMC pha áp dụng thuật toán thể Hình Hình Hình Cấu trúc phương pháp điều chế NLM cải tiến kết hợp với cân điện áp tụ điện cho BBĐ MMC Mô thực nghiệm hệ thống 4.1 Kết mô Trong phần này, thực mô phương pháp điều chế NLM cải tiến kết hợp với thuật tốn cân điện áp tụ điện Q trình mô cho MMC thực phần mềm Matlab/Simulink Các thông số mô cho biến đổi MMC trình bày Bảng Bảng Thơng số mô BBĐ MMC Thông số STT Ký hiệu Giá trị Điện trở tải R 70  Điện cảm tải L 5,10-3H Điện trở nhánh ro 0,5  Điện cảm nhánh Lo 4,2.10-3H Tụ điện SM C 100F Điện áp chiều VDC 6000V Số SM nhánh N SM Điện áp tụ VC 1000V Tần số điều chế NLM fNLM 300Hz 6000 5000 4000 3000 2000 v Thuật toán điều chế NLM cải tiến Số SM bật VC1 Đo điện V C2 áp tụ Thuật tốn cân điện áp tụ điện Tín hiệu đóng cắt van SM SM1 SM2 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Hình Điện áp nhánh nhánh pha A VC_N Xác định chiều dịng điện SM 1000 SM_N Hình Sơ đồ nguyên lý thuật toán cân điện áp tụ điện Theo sơ đồ Hình 8, ban đầu phương pháp NLM cải tiến sử dụng sóng sin chuẩn so sánh với giá trị điện áp chiều nhánh để tạo điện áp dạng bậc thang nhánh, giá trị điện áp bậc thang làm tròn hàm làm tròn 0,25 để tạo giá trị điện áp đặt nhánh MMC để tạo số mức điện áp phía đầu định số SM bật Tiếp theo thuật toán cân điện áp tụ Hình xếp giá trị điện áp tụ điện theo thứ tự tăng dần giảm dần phụ thuộc vào giá trị dòng điện để định thứ tự Kết mô thực khoảng thời gian 0,3s tính từ thời điểm MMC bắt đầu làm việc đến thời điểm 0,3s Kết Hình cho thấy, điện áp nhánh BBĐ có dạng bậc thang với mức điện áp Hình 10 Hình 11 kết điện áp dịng điện đầu phía xoay chiều, kết cho thấy dịng điện điện áp có dạng bậc thang bám theo quỹ đạo hình sin 3000 2000 Điện áp (V) ref 1000 - 1000 -2000 - 3000 0.01 0.02 0.03 0.04 Hình 10 Điện áp ba pha phía xoay chiều 0.05 Trần Hùng Cường, Phạm Việt Phương 70 Dòng điện (A) 40 20 -20 - 40 0.01 0.03 0.02 0.04 0.05 Hình 11 Dịng điện ba pha phía xoay chiều cung cấp cho tải Thực phân tích Fourier cho dịng điện điện áp Hình 12 Hình 13 cho thấy, số THD dòng điện 4,14% điện áp 5.33% So với kết phần tích tài liệu [8] nghiên cứu với 20SM pha, số THD điện áp gần 3% số THD dòng điện tăng 3,35% Nguyên nhân việc tăng số THD số lượng SM mạch lực mà nghiên cứu sử dụng thơng số mạch lực sử dụng kịch với phương pháp điều chế khác 4.2 Kết thực nghiệm Sơ đồ cấu trúc hệ thống thực nghiệm dạng pha biến đổi MMC thể Hình 16 Trong đó, chương trình thuật tốn điều khiển điều chế NLM lập trình máy tính Sau đó, nạp vào thiết bị vi điều khiển FPGA AX309 đáp ứng số lượng cổng I/O MMC MMC có số lượng chân lớn Mạch đo lường có nhiệm vụ thu thập tín hiệu đo lường dịng điện điện áp từ cảm biến Các mạch ADC có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự tín hiệu điện áp tín hiệu dịng điện đo từ cảm biến Mạch driver có mục đích phát xung điều khiển cho van IGBT SM Đồng thời, khuếch đại xung đóng mở van IGBT, bảo vệ van cách lý van với phần mạch lực iDC vHCxj VC1_x Xung SM 1x SM1x SMNx VC2_x iHx VDC/2 Xung SM Nx vHCxj Lox Rx Lx Driver ADC FPGA Mạch đo lường ADC ix vLCxj iHx iLx Lox iLx VCN+1_x VDC/2 SMN+1x Xung SM N+1x vLCxj VC2N_x SM2Nx Hình 12 Kết phân tích Fourier điện áp đầu AC Xung SM 2Nx Hình 16 Cấu trúc hệ thống thực nghiệm pha MMC Các thông số tính tốn áp dụng cho BBĐ MMC thực tế với SM nhánh, nguồn điện áp 400 V DC trình bày Bảng Bảng Thông số thực nghiệm BBĐ MMC STT Hình 13 Kết phân tích Fourier dịng điện tải Điện áp (V) 1000 980 960 940 920 900 880 0.1 Thời gian (s) 0.2 0.3 Dòng điện (A) Hình 14 Điện áp tụ điện nhánh pha A Pha A 100 50 -50 -100 -150 Pha B Thông số thực nghiệm Pha C 10 Ký hiệu Giá trị Điện trở tải Điện cảm tải Điện trở nhánh R L ro 0,1  0,21.10-3H Điện cảm nhánh Tụ điện SM Điện áp chiều Số SM nhánh Điện áp tụ Tần số điều chế NLM Tần số Lo C VDC N VC fmNLM f 0,1  24.10-6H 470.10-6F 400V SM 67V 300Hz 50Hz 0.1 Thời gian (s) 0.2 0.3 Hình 15 Dịng điện vịng pha MMC Hình 14 hình dạng điện áp tụ điện pha A BBĐ Thấy điện áp tụ điện cân dao động quanh giá trị 930V, biên độ dao động lớn BBĐ hoạt động ổn định 30V, giá trị lệch so với giá trị định mức 40V, tương ứng 0,04%, kết thuật toán cân điện áp tụ điện mang lại, với kết MMC hoạt động ổn định với tần số đóng mở van nhỏ Hình 15 hình dạng dịng điện vịng chạy mạch pha A, B, C Biên độ dịng điện vịng có trị số 70A có độ đập mạch lớn Tuy nhiên, giá trị dòng điện vòng lớn nhược điểm phương pháp Cần phải có biện pháp điều khiển để kiểm sốt giá trị dịng điện vịng tốt Hình 17 Mơ hình hệ thống thực nghiệm BBĐ MMC: Driver; VDC; Tải R-L; Mạch đo lường; FPGA; ADC; Máy tính nạp code; Máy hiển thị kết Sơ đồ hệ thống thực nghiệm BBĐ MMC gồm SM nhánh trình bày Hình 17 Hệ thống thực Trường Đại học Bách khoa Hà Nội để thử ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 21, NO 2, 2023 nghiệm thuật toán điều khiển biến đổi MMC Trong phần kịch thử nghiệm kết mơ pha BBĐ MMC với thuật tốn điều chế NLM cải tiến thuật toán điều khiển cân điện áp tụ sơ đồ Hình Hình 18 Hình dạng điện áp nhánh nhánh Hình 19 Hình dạng điện áp tải xoay chiều 71 nên việc lý giải thấy điện áp tụ hoạt động ổn định điện áp xuất không đáng kể phù hợp với yêu cầu đặt Kết luận Bài báo giới thiệu cấu trúc liên kết MMC thuật toán cân điện áp tụ điện MMC kết hợp với phương pháp điều chế NLM cải tiến Thuật toán thực dựa việc xếp giá trị điện áp tụ điện SM chu kỳ điều chế để xác định số lượng SM Bật Tắt Quá trình giảm tần số đóng cắt van SM đồng thời cân giá trị điện áp tụ đưa giá trị chúng gần với giá trị điện áp trung bình tụ điện pha chu kỳ trích mẫu Các kết thể việc mô phần mềm Matlab/simulink cho thấy, giá trị điện áp tụ điện lệch 0,04% so với giá trị định mức, số THD dòng điện 4,14% điện áp 5,33%, thông số đảm bảo cho MMC hoạt động tốt thể chất lượng phương pháp đề xuất Ngồi kết mơ phỏng, báo thực thực nghiệm hệ thống với mơ hình tương đương 13 mức điện áp quy mơ phịng thí nghiệm, kết thực chứng minh khả triển khai mơ hình thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình 20 Hình dạng dịng điện tải xoay chiều Hình 21 Hình dạng điện áp tụ điện SM1 Một số kết thực nghiệm thể hình từ Hình 18 đến Hình 21 Trong đó, Hình 18 điện áp nhánh nhánh MMC pha Hình 19 điện áp xoay chiều đầu MMC Kết cho thấy, điện áp nhánh có mức, mức thực rõ ràng, điện áp sinh khố chuyển mạch khơng đáng kể Điện áp đầu MMC có 13 mức theo nguyên lý NLM cải tiến chứng tỏ tính xác q trình điều chế NLM cho MMC thực nghiệm so với kết mơ đạt Hình 20 dịng điện đầu tải MMC Kết cho thấy dòng điện có dạng sin đáp ứng so với yêu cầu trình điều chế Hình 21 kết điện áp tụ SM1 pha Hình ảnh cho thấy, biên độ dao động tụ điện 14V tương ứng với 20% giá trị định mức, giá trị có trị số lớn so với mơ Tuy nhiên, thực điện áp thấp 400V với quy mơ phịng thí nghiệm [1] Gnanarathna, Udana N.; Gole, Aniruddha; Sanjay Kumar, “Multilevel Modular Converter for VSC-HVDC Transmission Applications Control and Operational Aspects”, 16th National Power Systems Conference, NPSC 2010 (pp 405-410) [2] Daniel Siemaszko, Antonios Antonopoulos, Kalle Ilves, Michail Vasiladiotis, Lennart Ängquist, (2010), “Evaluation of Control and Modulation Methods for Modular Multilevel Converters”, IEEE Trans Ind Applicat., vol 37, pp 611–618, Mar./Apr [3] Daniel Siemaszko, Antonios Antonopoulos, Kalle Ilves, Michail Vasiladiotis, Lennart Ängquist, (2010), “Evaluation of Control and Modulation Methods for Modular Multilevel Converters”, IEEE Trans Ind Applicat, vol 37, pp 611–618, Mar./Apr [4] Kalle Ilves, IEEE, Antonios Antonopoulos, IEEE, (2012), “A New Modulation Method for the Modular Multilevel Converter Allowing Fundamental Switching Frequency”, IEEE transactions on power electronics, Vol 27, No 8, pp 991-998 August 2012 [5] Liqun He, Kai Zhang, Jian Xiong, Shengfang Fan, Xiaosen Chen, Yaosuo Xue (2012), “New Modular Multilevel Converter with Power Channels between Upper- and Lower Arms Suitable for MV Drives”, Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), IEEE, May 2015 [6] Remus Teodorescu Luca Zarri, “Modular Multi-Level Converter Modeling Simulation and Control in Steady State and Dynamic Conditions”, 6th Iranian Conference on Electrical and Electronics Engineering, August - 2014 [7] Dekka, B Wu, N R Zargari, and R L Fuentes, “A space-vector PWM based voltage balancing approach with reduced current sensors for modular multilevel converter”, IEEE Trans Ind Electron, vol 63, no 5, pp 2734-2745, May 2016 [8] Pengfei Hu and Daozhuo Jiang, “A Level-Increased Nearest Level Modulation Method for Modular Multilevel Converters”, IEEE Trans on Power Electronics, Vol 30, Issue 4, pp 1836-1842, April - 2015 [9] Hao Peng, Ying Wang, Kun Wang, Yan Deng, Xiangning He, and Rongxiang Zhao, “A Simple Capacitor Voltage Balancing Method with a Fundamental Sorting Frequency for Modular Multilevel Converters”, Journal of Power Electronics, Vol 14, No 6, pp 11091118, November - 2014  ... 1% điện áp DC định mức Đo giá trị VC_SM1 tụ điện gửi đến vi xử lý Sau đó, giá trị điện áp xếp theo giá trị tăng dần, bước giá trị điện áp mã hóa lưu giá trị chúng Hình Sau xếp giá trị điện áp tụ. .. động MMC cân điện áp tụ điện làm suy giảm chất lượng sóng hài điện áp đầu MMC [9] Để phát cân điện áp tụ điện cần so sánh chúng với giá trị trung bình điện áp tụ nhánh Khi điện áp tụ lớn giá trị. .. thái Đúng Điện áp tụ điện từ cảm biến VC_SM1, VC_SM2, , VC_SM N Sắp xếp theo thứ tự tăng dần giá trị điện áp tụ điện VC,min , (5) Nạp tụ Ci Sắp xếp theo thứ tự tăng dần giá trị điện áp tụ điện Sai