Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập

Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI DƯƠNG ANH TUẤN Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T chế độ nối lưới độc lập LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI DƯƠNG ANH TUẤN Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T chế độ nối lưới độc lập Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Vũ Hoàng Phương PGS.TS Nguyễn Văn Liễn Hà Nội - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn tập thể hướng dẫn Tài liệu tham khảo luận án trích dẫn đầy đủ Các kết nghiên cứu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Tập thể hướng dẫn khoa học PGS.TS Vũ Hoàng Phương Hà Nội, ngày tháng năm Nghiên cứu sinh PGS.TS Nguyễn Văn Liễn Dương Anh Tuấn i LỜI CẢM ƠN Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới tập thể hướng dẫn PGS.TS.Vũ Hoàng Phương PGS.TS.Nguyễn Văn Liễn, người tận tình hướng dẫn chuyên môn bổ sung kịp thời kiến thức liên quan Tác giả xin chân thành cảm ơn tới PGS.TS.Trần Trọng Minh góp ý cơng nghệ thực tiễn, động viên tác giả lúc gặp khó khăn tiếp cận với hệ thống mà nghiên cứu Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Giáp Văn Nam, tất giảng viên, cán kỹ thuật thuộc Khoa Tự động hóa – Trường Điện- Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ, có đóng góp chun mơn q báu tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Đề tài khoa học cấp Nhà nước mã số KC.05.22/16-20 tạo điều kiện hỗ trợ q trình thực mơ hình thực nghiệm Tác giả xin cảm ơn tới Ban giám hiệu đồng nghiệp Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tác giả xếp thời gian vừa hoàn thành nhiệm vụ chun mơn vừa hồn thành luận án Đặc biệt tác giả muốn gửi lời cảm ơn tới vợ, hai tồn thể gia đình, bạn bè hết lòng ủng hộ, chia sẻ tinh thần vật chất để tác giả hoàn thành tốt luận án Tác giả luận án ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC .III DANH MỤC KÝ HIỆU VI DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .VIII DANH MỤC HÌNH ẢNH VIII DANH MỤC BẢNG BIỂU XIII MỞ ĐẦU XV CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Xu hướng phát triển nghịch lưu nguồn áp 1.2 Các cấu trúc nghịch lưu nguồn áp ba mức 1.2.1 Cấu trúc nghịch lưu dạng điốt kẹp (NPC) 1.2.2 Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha 1.2.3 Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha sử dụng RB-IGBT 1.3 Phương pháp điều chế cho nghịch lưu hình T 10 1.4 Phương pháp điều khiển mạch vòng dòng điện 12 1.5 Định hướng nghiên cứu dự kiến đóng góp luận án 13 1.6 Kết luận 14 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CHO NGHỊCH LƯU HÌNH T BA PHA 15 2.1 Đặt vấn đề 15 2.2 Phương pháp điều chế PWM 17 2.2.1 Nguyên lí phương pháp điều chế PWM 17 2.2.2 Mô phương pháp điều chế PWM cho nghịch lưu hình T pha 18 2.3 Phương pháp điều chế SVM 21 2.3.1 Chuyển hệ tọa độ từ abc sang 0αβ 21 2.3.2 Quy chuẩn độ dài véctơ theo mức điện áp 𝑉𝑑𝑐 22 2.3.3 Tính tốn mơ đun góc pha véctơ điện áp 23 2.3.4 Hình thành khơng gian véctơ hệ tọa độ 0αβ 24 2.3.5 Xác định vị trí véctơ điện áp v sector lớn 25 2.3.6 Xác định vị trí véctơ điện áp v tam giác 26 iii 2.3.7 Tính tốn hệ số điều chế (thời gian sử dụng véctơ chu kì điều chế Ts) 27 2.3.8 Cân điện áp tụ DC 29 2.3.9 Tính tốn hệ số điều chế thực nhánh van mạch nghịch lưu chu kì điều chế Ts 30 2.4 Các phương pháp điều chế cấp xung cho van 30 2.4.1 Phương pháp điều chế SVM 8-Đoạn 30 2.4.2 Phương pháp điều chế SVM 6- Đoạn 34 2.4.3 Mô hai phương pháp điều chế SVM 8-Đoạn SVM 6-Đoạn 38 2.5 Phương pháp điều chế FSVM đề xuất áp dụng cho nghịch lưu ba pha hình T 42 2.6 Mô phương pháp FSVM 51 2.7 Kết luận 54 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN NỐI LƯỚI CHO NGHỊCH LƯU HÌNH T BA PHA 55 3.1 Đặt vấn đề 55 3.2 Mơ hình tốn học nghịch lưu hình T ba pha 55 3.3 Cấu trúc điều khiển sử dụng điều khiển PI 56 3.3.1 Cấu trúc điều khiển 56 3.3.2 Thiết kế điều khiển dòng điện 57 3.3.3 Thiết kế điều khiển điện áp 59 3.4 Mô cấu trúc điều khiển nối lưới sử dụng điều khiển PI 59 3.4.1 Tính chọn tham số mạch lực nghịch lưu hình T ba pha 59 3.4.2 Mơ hệ thống phần mềm Matlab/Simulink 60 3.5 Cấu trúc điều khiển sử dụng điều khiển kháng nhiễu 66 3.5.1 Cấu trúc điều khiển 66 3.5.2 Thiết kế điều khiển dòng điện 67 3.5.3 Thiết kế điều khiển điện áp 71 3.6 Mô điều khiển kháng nhiễu chế độ nối lưới 72 3.7 Kết luận………………………………………………………………… 78 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU HÌNH T BA PHA TRONG CHẾ ĐỘ ĐỘC LẬP 79 iv 4.1 Đặt vấn đề 79 4.2 Mơ hình tốn học nghịch lưu hình T ba pha 79 4.3 Cấu trúc điều khiển sử dụng điều khiển PI 80 4.4 Thiết kế điều khiển dòng điện 82 4.5 Thiết kế điều khiển điện áp 82 4.6 Mô điều khiển PI phần mềm Matlab/Simulink 83 4.7 Cấu trúc điều khiển sử dụng điều khiển kháng nhiễu 89 4.7.1 Cấu trúc điều khiển 89 4.7.2 Thiết kế điều khiển điện áp dòng điện 90 4.8 Mô điều khiển kháng nhiễu phần mềm Matlab/Simulink 92 4.9 Kết luận………………………………………………………………… 98 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG NGHỊCH LƯU HÌNH T BA PHA 99 5.1 Đặt vấn đề……………………………………………………………… 99 5.2 Điều kiện thực nghiệm 99 5.3 Kết thực nghiệm 101 5.4 Kết luận 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 114 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 PHỤ LỤC 123 Phụ lục Hệ thống thực nghiệm nghịch lưu hình T ba pha 123 Phụ lục Mô Matlab/Simulink 130 Phụ lục Thiết kế mạch vịng khóa pha PLL…………………………… 130 v DANH MỤC KÝ HIỆU Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa (V) (V) Số mức điện áp tạo nghịch lưu Điện áp chiều nguồn đầu vào nghịch lưu Điện áp common - mode Điện áp common – mode chuẩn hóa theo Vdc 𝑈 ,𝑈 ,𝑈 𝑈 𝐼 𝑉 ,𝑉 ,𝑉 𝐶 𝐶 𝐿 ,𝐿 (V) (V) A A F F H Điện áp pha A, B, C so với trung tính nguồn Điện áp điểm trung tính nguồn lưới điện Dịng điện rị hệ thống Điện áp pha Tụ ký sinh nối đất nguồn DC Tụ nối đất ký sinh điểm trung tính lưới điện Cuộn cảm lọc LCL 𝐶 F (V) (V) A Tụ lọc LCL Điện áp tụ nối đất ký sinh nguồn DC Điện áp tụ lọc pha A, B, C Dòng điện pha A, B, C Tọa độ vector điện áp đặt hệ trục  m 𝑉 𝑉 CMV 𝑉 𝑉 ,𝑉 ,𝑉 𝐼 ,𝐼 , 𝐼 v , v  𝐼 id, iq (V) A A Dòng điện qua tải Dòng điện chạy qua cuộn cảm hệ tọa độ dq vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT DC AC THD Từ viết tắt Direct Current Alternative Current Total Harmonic Distortion Ý nghĩa Điện chiều Điện xoay chiều Tổng độ méo sóng hài PV Photovoltaics Quang điện NPC FC Diode Clamped Multilevel Inverter Flying Capacitor Multilevel Inverter Nghịch lưu dạng điốt kẹp Nghịch lưu dạng tụ bay CHB Cascaded H-Bridge Nghịch lưu cầu H nối tầng PFC Power Factor Correction Bộ điều chỉnh hệ số công suất OBC On-Board Charger Bộ sạc xe điện V2G Vehicle to Grid Xe nối lưới PWM SVM CMV Pulse Width Modulation Space Vector Modulation Common-mode Voltage Flexibility in Space Vector Modulation Sliding Mode Control Proportional-Integral Fixed-time sliding mode control State Observer Disturbance observer Linear matrix inequality Overshoot Insulated Gate Bipolar Transistors Reverse Blocking IGBT Digital Signal Processing Điều chế độ rộng xung Điều chế véctơ không gian Điện áp common mode FSVM SMC PI FTSMC SOB DOB LMI OVS IGBT RB-IGBT DSP Điều chế véctơ không gian linh hoạt Điều khiển trượt Bộ điều khiển tích phân tỷ lệ Điều khiển trượt thời gian cố định Bộ quan sát trạng thái Bộ quan sát nhiễu Bất đẳng thức ma trận tuyến tính Độ điều chỉnh Transistor có cực điều khiển cách ly IGBT chặn đảo ngược Xử lý tín hiệu số vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các ứng dụng nghịch lưu nguồn áp Hình 1.2 Cấu hình biến đổi cơng suất cho hệ thống nguồn phân tán Hình 1.3 Hệ thống On-board Charger (OBC) sử dụng nghịch lưu nguồn áp Hình 1.4 Cấu trúc nghịch lưu nguồn áp ba pha hai mức Hình 1.5 Cấu trúc nghịch lưu ba mức NPC Hình 1.6 Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha Hình 1.7 Chuyển mạch AC sử dụng van IGBT+điốt(a) RB-IGBT(b) Hình 1.8 Cấu trúc bán dẫn van IGBT thơng thường(a) RB-IGBT(b) Hình 1.9 Sụt áp dẫn RB-IGBT IGBT thông thường Hình 1.10 Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha sử dụng RB-IGBT Hình 1.11 Trạng thái đóng cắt nghịch lưu hình T Hình 1.12 Dạng điện áp dây đầu nghịch lưu hình T ba pha Hình 1.13 Các phương pháp điều chế cho nghịch lưu ba mức 11 Hình 2.1 Mơ hình rút gọn nghịch lưu hình T ba pha (trái) mạch commonmode tuơng đương(phải) 15 Hình 2.2 Điện áp NP dựa theo trạng thái đóng cắt véctơ nhỏ loại P véctơ nhỏ loại N 16 Hình 2.3 Phương pháp điều chế sin PWM 17 Hình 2.4 Phương pháp dịch mức sóng mang pha 17 Hình 2.5 Phương pháp dịch pha sóng mang 18 Hình 2.6 Nguyên lý phát xung cấu trúc hình T ba pha 18 Hình 2.7 Trạng thái van dẫn 19 Hình 2.8 Dịng điện đầu sau lọc phương pháp PWM 20 Hình 2.9 THD dòng điện đầu sau lọc phương pháp PWM 20 Hình 2.10 Điện áp CMV phương pháp PWM 20 Hình 2.11 Đồ thị dịng rị phương pháp PWM 21 Hình 2.12 Đồ thị điện áp tụ DC phương pháp PWM 21 Hình 2.13 Đồ thị véctơ khơng gian xây dựng từ Bảng 2.3 25 Hình 2.14 Ba hệ tọa độ khơng vng góc tạo nên góc phần sáu 25 Hình 2.15 Q trình tính tốn 𝑚 , 𝑚 28 Hình 2.16 Tổng hợp véctơ điện áp từ véctơ đỉnh tam giác 28 Hình 2.17 Thuật tốn cân điện áp tụ 30 Hình 2.18 Thuật tốn cân điện áp tụ SVM 31 Hình 2.19 Phương pháp điều chế SVM 8-Đoạn ứng với tam giác 2, sector I, m=131 Hình 2.20 Mẫu xung cấp cho van 33 Hình 2.21 Phương pháp điều chế SVM 6- Đoạn ứng với tam giác 2, Sector I 35 Hình 2.22 Mẫu xung cấp cho van 37 viii [14] L G Franquelo and J Rodríguez (2008), “The age of multilevel converters arrives,” IEEE Trans Ind Electron., no June, pp 28–39 [15] Naheed Khan, Kishwar Khan (2014), “Multi Level Converters for Medium Voltage Applications”, IJCAT-International Journal of Computing and Technology Volume 1, Issue 1, February 2014 www.IJCAT.org [16] T.A Meynard, H Foch (1992), “Multi-level conversion: High voltage choppers and voltage-source inverters” in Proc IEEE Power Electronics, Specialists Cof, pp.397-403 [17] M Malinowski, K Gopakumar, J Rodriguez and M A Pé, Andres, “A Survey on Cascaded Multilevel Inverter”, IEEE Trans Ind Electron, vol 57, pp.140-147, 2006 [18] J Huang, K A Corzine, “Extended operation of flying capacitor multilevel inverter”, IEEE Trans on Power Electronics, Vol 21, No 1, pp.140-147, 2006 [19] J Rodriguez, S Bernet, P K Steimer and I E Lizama, "A Survey on Neutral-Point-Clamped Inverters," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 57, no 7, pp 2219-2230, July 2010 [20] A Nabae, I Takahashi, H Akagi (1981), “A new neutral-point clamped PWM inverter”, IEEE Trans On Ind Appl., vol IA–17, pp 518523, SeptOct [21] Aykut Bỗak, Ayetỹl Gelen Comparisons of Different PWM Methods with Level-Shifted Carrier Techniques for Three-Phase Three-Level T-Type Inverter “, 2020 7th International Conference on Electrical and Electronics Engineering, DOI: 10.1109/ICEEE49618.2020.9102489, April 2020 [22] Hyunjin Shin, Kwanghee Lee, Jacho Choi, Seokchan Seo, Jingook Lee, “Power loss comparison with different PWM methods for 3L-NPC inverter and 3L-T type inverter”, 2014 Intenational Power Electronics and Application Conference and Exposition, Year: 2014, Pages:1322-1327 [23] S Majumdar, R Raushan, B Mahato, K C Jana, P Thakura, S K Singh, “Comparative Study of Space Vector Pulse Width Modulation based T-Type Three-level Inverter” International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), Year: 2016, Volume: 4, Issue: 2, Pages: 1-5 [24] M Schweizer and J W Kolar, ‘‘Design and implementation of a highly efficient three-level T-type converter for low-voltage applications,’’ IEEE Trans Power Electron., vol 28, no 2, pp 899–907, Feb 2013 [25] C Klumpner and F Blaabjerg, "Using reverse-blocking IGBTs in power converters for adjustable-speed drives," IEEE Transactions on Industry Applications, vol 42, no 3, pp 807–816, May 2006, https://doi.org/ 10.1109/TIA.2006.872956 [26] T Kerekes, R Teodorescu and M Liserre, “Common mode voltage in case of transformerless PV inverter connected to the grid”, 2008 IEEE 117 [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] International Symposium on Industrial Electronics, Cambridge, UK, 2008, pp 2390-2395 M C Cavalcanti, A M Farias, K C Olivera, F A S Neves and J L Afonso, “Eliminating Leakage Currents in Neutral Point Clamped Inverters for Photovoltaic Systems” in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 59, no 1, pp 435-443, Jan 2012 X Guo and X Jia, “Hardware-Based Cascaded Topology and Modulation Strategy with Leakage Current Reduction for Transformerless PV Systems”, in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 632, no 12, pp 78237832, Dec 2016 B Yang, W Li, Y Gu, W Cui and X He, “Improved Transformerless Inverter with Common-Mode Leakage Current Elimination for a Photovoltaic Grid-Connected Power System”, in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 27, no 2, pp 752-762, Feb 2012 H Xiao and S Xie, "Leakage Current Analytical Model and Application in Single-Phase Transformerless Photovoltaic Grid-Connected Inverter," in IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol 52, no 4, pp 902-913, Nov 2010 G Lu and P Zhang, "A Novel Leakage-Current-Based Online Insulation Monitoring Strategy for Converter Transformers Using Common-Mode and Differential-Mode Harmonics in VSC System," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 68, no 2, pp 1636-1645, Feb 2021 A M Hava and E Ün, "Performance Analysis of Reduced Common Mode Voltage PWM Methods and Comparison with Standard PWM Methods for Three-Phase Voltage-Source Inverters," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol 24, no 1, pp 241-252, Jan 2009 A M Hava and E Ün, "A High-Performance PWM Algorithm for Common- Mode Voltage Reduction in Three-Phase Voltage Source Inverters," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol 26, no 7, pp 1998-2008, July 2011 Pou, R Pindado, D Boroyevich and P Rodriguez, “Evaluation of the lowfrequency neutral-point voltage oscillations in the three-level inverter,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 52, no 6, pp 1582-1588, Dec 2005 Hee-Jung Kim, Hyeoun-Dong Lee and Seung-Ki Sul, "A new PWM strategy for common-mode voltage reduction in neutral-point-clamped inverter-fed AC motor drives," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol 37, no 6, pp 1840-1845, Nov.-Dec 2001 A Hamid Bhat, P Agarwal, N Langer, and D Sharma, ‘‘Capacitor voltage balancing of a three-phase neutral-point clamped bi-directional rectifier using optimised switching sequences’’ IET Power Electron., vol 6, no 6, pp 1209–1219, Jul 2013 118 [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] C Liu, J Wang, G Cai, M Wang, N Huang, and F Zhao, ‘‘Novel individual voltage balancing control scheme for multilevel cascade activefront-end rectifier’’, IET Power Electron., vol 7, no 1, pp 50–59, Jan 2014 Phuong Vu, Trang Van Nguyen, Manh Dinh Nguyen, Cuong Ngoc Tran, Anh Tuan Do, “Modified Space Vector Modulation Technique for Three Phase Three Level T-type Inverter,” International Journal of Renewable Energy Research-IJRER., vol 11, no 3, 2021, doi: 10.20508/ijrer.v11i3.12058.g8256 Tianbao Yu, Wenchao Wan, and Shanxu Duan, Senior Member, “A Modulation Method to Eliminate Leakage Current and Balance NeutralPoint Voltage for Three-Level Inverters in Photovoltaic Systems,” in IEEE Transactions on Industrial Electronics, pp 1–1, 29 March 2022, doi: 10.1109/TIE.2022.3161809 Seddik Bacha, Iulian Munteanu, Antoneta Iuliana Bratcu (2014), “Power Electronic Converters Modeling and Control”, Springer W Kramer, S Chakraborty, B Kroposki, and H Thomas (2008), “Advanced Power Electronic Interfaces for Distributed Energy Systems Part 1: Systems and Topologies”, Technical Report NREL/TP-581-42672 Remus Teodorescu, Marco Liserre, Pedro Rodriguez (2011), “Grid converters for photovoltaic and wind power systems”, WILEY S Rivera and B Wu, "Electric Vehicle Charging Station with an Energy Storage Stage for Split-DC Bus Voltage Balancing," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol 32, no 3, pp 2376-2386, March 2017 M Schweizer, I Lizama, T Friedli, J W Kolar “Comparison of the chip area usage of 2-level and 3-level voltage source converter topologies”, IECON 2010- 36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, Year: 2010, Pages: 391-396 M Schweizer, T Friedli, and J W Kolar, ‘‘Comparative evaluation of advanced three-phase three-level inverter/converter topologies against twolevel systems,’’ IEEE Trans Ind Electron., vol 60, no 12, pp 5515– 5527, Dec 2013 S Kouro, M Malinowski, K Gopakumar, J Pou, L G Franquelo, B Wu, J Rodriguez, M A PØrez, and J I Leon, ‘‘Recent advances and industrial applications of multilevel converters,’’ IEEE Trans Ind Electron., vol 57, no 8, pp 2553-2580, Aug 2010 Danyi Xiang, Mitsuhiro Kakefu, Sawada Mutsumi, Masahito Otsuki (2014), “T-Type IGBT Module with New Voltage Class Authentic RB-IGBT for DC-1OOOV Solar Inverter Application”, The 2014 International Power Electronics and Application and Exposition, Shanghai, China, November - Fuji Electric Co.,Ltd, Electronic Device Business heardquarters, Technology Division (2018), “T-type Advanced 3-level Inverter Module, 119 [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] Power dissipation and comparison tables”, https://www.fujielectric.com/products/semiconductor/model/igbt/technical/ box/doc/pdf/adv_3lv/Advanced_3level_Technical_Note.pdf T Kerekes, R Teodorescu, M Liserre, C Klumpner and M Sumner, "Evaluation of Three-Phase Transformerless Photovoltaic Inverter Topologies," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol 24, no 9, pp 2202-2211, Sept 2009 M L Heldwein, L Dalessandro and J W Kolar, "The Three-Phase Common-Mode Inductor: Modeling and Design Issues," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 58, no 8, pp 3264-3274, Aug 2011 D Cochrane, D Y Chen and D Boroyevic, "Passive cancellation of common-mode noise in power electronic circuits," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol 18, no 3, pp 756-763, May 2003 Trần Trọng Minh (2019), “Giáo trình điện tử cơng suất”, NXB GD D G Holmes and T A Lipo, Pulse Width Modulation for Power Converters 2010 https://doi.org/10.1109/9780470546284 B P McGrath and D G Holmes, “Multicarrier PWM strategies for multilevel inverters,” IEEE Trans Ind Electron., vol 49, no 4, pp 858– 867, 2002, doi:10.1109/TIE.2002.801073 Sajitha M and Ramchand R., “Space Vector PWM Scheme for Three Phase Three Level T-type NPC Inverter”, 2019 2nd International Conference on Intelligent Computing, Instrumentation and Control Technologies (ICICICT), Kannur India, pp 523-528, 5-6 July 2019 M Islam, S Mekhilef, “Single phase transformerless inverter topologies for grid-tied photovoltaic system: A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews., 2015, PP.69–86 M Lak, Y -T Tsai, B -R Chuang, T -L Lee and M H Moradi, "A Hybrid Method to Eliminate Leakage Current and Balance Neutral Point Voltage for Photovoltaic Three-Level T-Type Inverter," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol 36, no 10, pp 12070-12089, Oct 2021, doi: 10.1109/TPEL.2021.3073471 Vũ Hoàng Phương (2014), “Điều khiển nghịch lưu nguồn Z ứng dụng cho hệ phát phân tán”, Luận án Tiến sĩ ĐHBK HN [59] Nguyễn Doãn Phước (2009), “Lý thuyết điều khiển tuyến tính”, NXB KHKT [60] R Chattopadhyay, A De and S Bhattacharya, “Comparison of PR controller and damped PR controller for grid current control of LCL filter based grid-tied inverter under frequency variation and grid distortion“, 2014 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Pittsburgh, PA, 2014, pp 3634-3641 [61] Firuz Zare, Member IEEE, and Gerard Ledwich, Senior Member, IEEE (2002), “A Hysteresis Current Control for Single-Phase Multilevel Voltage 120 [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] Source Inverters: PLD Implementation” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol 17, No 5, September 2002 P.p 731-738 Nguyễn Dỗn Phước (2013), " Phân tích Điều khiển hệ phi tuyến”, NXB KHKT Nguyễn Doãn Phước (2007), “Lý thuyết điều khiển nâng cao”, NXB KHKT Luca Tarisciotti (2014), “Model Predictive Control for advanced multilevel power converters in Smart-Grid applications”, Submitted to the University of Nottingham for the degree of Doctor of Philosophy Mai Văn Chung (2021), " Nghiên cứu điều khiển hệ truyền động biến tần đa mức có tính đến cố van bán dẫn", Luận án Tiến sĩ ĐHBK HN J Rodríguez, J Pont, C.A Silva, et al (2007), “Predictive current control of a voltage source inverter,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 54, no 1, pp 495–503 Bùi Văn Huy (2016), " Điều khiển biến đổi đa bậc nguồn áp ứng dụng nguồn điện phân tán có nối lưới", Luận án Tiến sĩ ĐHBK HN Ramanarayanan.Venkataramanan (1986), “Sliding mode control of power converters”, in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy California Institute of Technology Pasadena, California Nguyễn Doãn Phước (2004), " Điều khiển trượt trượt nâng cao" F Sebaaly, H Vahedi, H Kanaan, N Moubayed, and K Al-Haddad, “Sliding-mode current control design for a grid-connected three-level NPC inverter,” in Renewable Energies for Developing Countries (REDEC), 2014 International Conference on IEEE, 2014, pp 217–222 Wen-Hua Chen, Member, IEEE, Donald J Ballance, Member, IEEE, Peter J Gawthrop, Senior Member, IEEE, and John O’Reilly, Senior Member, IEEE, " A Nonlinear Disturbance Observer for Robotic Manipulators", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol 47, No 4, August 2000 Anh Tuan Nguyen, Bilal Abdul Basit, Han Ho Choi, (Member, IEEE), AND Jin-Woo Jung, (Member, IEEE), " Disturbance Attenuation for Surface-Mounted PMSM Drives Using Nonlinear Disturbance ObserverBased Sliding Mode Control", Digital Object Identifier 10.1109/ACCESS.2019.Doi Number X Wu, K Xu, M Lei, and X He, ‘‘Disturbance-compensation-based continuous sliding mode control for overhead cranes with disturbances,’’ IEEE Trans Autom Sci Eng., vol 17, no 4, pp 2182–2189, Oct 2020 S Bayhan and H Komurcugil, "Sliding-Mode Control Strategy for ThreePhase Three-Level T-Type Rectifiers with DC Capacitor Voltage Balancing," in IEEE Access, vol 8, pp 64555-64564, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2980814 S Hwang and H S Kim, ‘‘Extended disturbance observer-based integral sliding mode control for nonlinear system via T–S fuzzy model”, IEEE Access, vol 8, pp 116090–116105, 2020 121 [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] Y Yin, J Liu, J A SỈnchez, L Wu, S Vazquez, J I Leon, and L G Franquelo, ‘‘Observer-based adaptive sliding mode control of NPC converters: An RBF neural network approach,’’ IEEE Trans Power Electron., vol 34, no 4, pp 3831–3842, Apr 2019 Giap VN, Nguyen QD, Trung NK, Huang S-C, " Time-varying disturbance observer based on sliding-mode observer and double phases fixed-time sliding mode control for a T-S fuzzy micro-electro-mechanical system gyroscope", Journal of Vibration and Control 2022;0(0) doi:10.1177/10775463211073199 Van Nam Giap, Hong Son Vu, Quang Dich Nguyen and Sshyh-Chour Huang, (Senior Member, IEEE), " Robust Observer Based on Fixed-Time Sliding Mode Control of Position/Velocity for a T-S Fuzzy MEMS Gyroscope ", Digital Object Identifier 10.1109/ACCESS.2021.3095465 H Komurcugil and O Kukrer, ‘‘Lyapunov-based control for three-phase PWM AC/DC voltage-source converters,’’ IEEE Trans Power Electron., vol 13, no 5, pp 801–813, Sep 1998 HIOKI E.E Corporation, “Measurement of DC Voltage Bias Characteristics in Multilayer Ceramic Capacitors (MLCCs)”, application_IM3536_MLCC_DCbias_E1_210721 Duc-Tuan Do, Honnyong Cha and Fazal Akbar, “Switching-Cell Four-Leg Current Source Inverter,” IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL 68, NO 11, NOVEMBER 2021 Typhoon HIL, Inverter Testing & Pre-certification with HIL Testing Available: https://www.typhoonhil.com/applications/converter-testing 122 PHỤ LỤC Phụ lục Hệ thống thực nghiệm nghịch lưu hình T ba pha Hình phụ Module van IGBT 12MBI100VN-120-50 Hình phụ Cấu tạo Module van IGBT 12MBI100VN-120-50 Bảng phụ Thông số van IGBT 12MBI100VN-120-50 Tham số T1, T2 T3, T4 Điện áp cực C-E Ký hiệu VCES Điện áp cực G-E VGES Điện áp cực C-E Ic Icp -Ic -Ic pulse VCES Điện áp cực G-E VGES Dòng Collector IGBT FWD Dòng Collector Ic Icp Điều kiện Giá trị 1200 (V) TC = 80 ºC, continuous TC = 80 ºC, 1ms 1ms TC = 80 ºC, continuous TC = 80 ºC, 1ms ±20 (V) 100 (A) 200 (A) 100 (A) 200 (A) 600 (V) ±20 (V) 100 (A) 200 ) 123 Hình phụ Kết mơ với giá trị tụ chọn Bảng phụ Tính tốn tổn thất qua van Power Conduction Turn on Turn off Total Van IGBT Diode 9,8 1,1 2,3 13,2 0 Van RBIGBT 2,9 1,4 (recovery) 4,3 Hình phụ Mô công suất tổn thất qua van Mạch điều khiển module IGBT bao gồm khối phân phối xung điều khiển, khuếch đại xung đóng/mở IGBT, bảo vệ áp q dịng điện IGBT, báo tình trạng 124 hoạt động mạch (lỗi, cảnh báo, bình thường) Ngồi chức tin cậy, ổn định mạch điều khiển module IGBT phải đảm bảo chất lượng điều khiển tốt đặc biệt thể thời gian đóng/mở IGBT (đặc tính động) Mạch driver thiết kế sử dụng cho đề tài sử dụng IC HCPL316J, mạch driver có đặc điểm sau: - Nguồn đầu vào 24VDC - Đầu điều khiển cho IGBT lên tới 1200V/600A - Có bảo vệ q dịng van với chức Desaturation (DESAT) Hình phụ Nguyên lý mạch driver sử dụng HCPL316J Bảng phụ Các thông số giới hạn IC driver HCPL316J Ký hiệu Tham số Min Max Đơn vị TA Nhiệt độ hoạt động Dòng điện đỉnh đầu Dòng điện đầu chân fault Điện áp đầu cực Gate Công suất tổn thất IC đầu Công suát tổn thất IC đầu vào -40 100 2,5 VCC2 600 150 ºC A mA V mW mW |Io(peak)| IFAULT Vo(peak) PO PI -0,5 Bảng phụ Điều kiện hoạt động Ký hiệu TA VCC1 (VCC2 –VEE) (VE – VEE) (VCC2 –VE) VC Ký hiệu Tham số Min Max Nhiệt độ hoạt động -40 +100 Điện áp nguồn cấp đầu vào 4,5 5,5 Điện áp nguồn cấp đầu 15 30 Điện áp điện áp đầu âm 15 Điện áp điện áp đầu dương 15 30 Điện áp cực thu VEE +6 VCC2 Bảng phụ Thông số IC HCPL316J Tham số Min Typ Max Đơn vị ºC V V V V V Uints 125 VIN+L,VIN-L VIN+H,VIN-H IIN+L, IIN-L IOH IOL Điện áp đầu vào mức thấp Điện áp đầu vào mức cao Dòng điện đầu vào mức thấp Dòng điện đầu mức cao Dòng điện đầu mức thấp 0,8 -0,5 -2 -0,4 V V mA A A Bảng phụ Thông số nguồn cần thiết Tham số Giá trị Điện áp đầu vào 24V Điện áp đầu +15VDC – 9V Cách ly Có Cơng suất 2W Số lượng nguồn Sử dụng nguồn có sẵn TEC 2-2415WI hãng Traco Power Thông số nguồn TEC 2-2415WI sau: Bảng phụ Thông số nguồn TEC 2-2415WI Tham số Điện áp đầu vào Điện áp đầu Dịng điện đầu Hiệu suất Cơng suất Điện áp cách ly Giá trị – 36 VDC (24VDC) 24V 83 mA 82% 2W 1,6kV 126 T1T4U +24VDC DC/DC TEC 2-2415WI (83mA/2W) T1T4V +24VDC DC/DC TEC 2-2415WI (83mA/2W) T1T4W +24VDC +24VDC DC/DC TEC 2-2415WI (83mA/2W) T2 +24VDC DC/DC TEC 2-2415WI (83mA/2W) T3 +24VD C DC/DC TEC 2-2415WI (83mA/2W) +24V +18V GND -6V +24V +18V 0V 0V GND -6V +24V +18V 0V GND -6V +24V +18V 0V GND -6V +24V +18V GND -6V 0V Hình phụ Thiết kế mạch nguồn cho driver DC/AC pha Hình phụ PCB Broad mạch driver ,van mạch lọc 127 Hình phụ PCB Broad mạch đo+ mạch điều khiển 128 Hình phụ PCB mạch nguồn 129 Phụ lục Mô Matlab/Simulink Hình phụ 10 Cấu trúc mơ nghịch lưu hình T chế độ nối lưới Cấu trúc mơ gồm có phần: mạch lực, mạch lọc lưới Ở khối mạch lực bao gồm mạch vòng điều khiển, sơ đồ mạch lực, khâu phát xung khâu chuyển tọa độ Hình phụ 11 Sơ đồ mơ khối mạch vịng điều khiển Như trình bày phần lý thuyết, cấu trúc điều khiển gồm vòng điều khiển dòng điện điện áp Tín hiệu đầu điều khiển điện áp làm tín hiệu đặt cho điều khiển dịng điện Ở để hệ số cơng suất 1, đặt iq  Tín hiệu từ điều khiển dòng điện đưa đến khâu phát xung 130 Hình phụ 12 Sơ đồ mơ khối “mạch lực” Phụ lục Thiết kế mạch vòng khóa pha PLL Mạch vịng khố pha PLL thiết kế giống với thiết kế điều khiển PI tính tốn bằng:  K p  2. n   Ki  n Trong đó:  hệ số tắt dần (chọn  = 0,71),  n tần số góc dao động riêng hệ thống 131