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.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 TRONG CHẾ ĐỘ NỐI LƯỚI VÀ ĐỘC LẬP Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9520216 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA Hà Nội 2023 Cơng trình hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Hoàng Phương PGS.TS Nguyễn Văn Liễn Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ● Tạp chí quốc tế (Thuộc danh mục ESCI, Scopus, SCIE) [1] Phuong Vu, Quan Nguyen, Minh Tran, Duong Tuan, Hung Tran (2018), “A systematic design of PR current controllers for single-phase LCL-type grid-connected inverters under distorted grid voltage”, Journal of Electrical Systems, vol.14, Issue: 4, Pages: 103-115 [2] D A Tuan, P Vu and N V Lien (2021), “Design and Control of a Three-Phase T-Type Inverter using ReverseBlocking IGBTs”, Eng Technol Appl Sci Res., vol 11, no 1, pp 6614–6619 [3] Anh Tuan Duong, Thanh Long Pham, Van Nam Giap, Phuong Vu (2023), “Disturbance Observer Based on Fixed-Time Sliding Mode Control and Optimal State Observer for ThreePhase Three-Level T-type Inverters”, IEEE Access DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3281672 ● Hội nghị Quốc tế (Thuộc danh mục Scopus) [4] Duong Anh Tuan, Pham Thanh Long, Pham Anh Dung, Pham Quoc Huy, Nguyen Vu Nguyen Khoi, Le Xuan Khoi, Vu Hoang Phuong, Giap Van Nam (2022), “A Novel Modulation Method to Eliminate Leakage Current and Minimize Capacitor Voltage Ripple for Grid-Connected Three-Level T-Type Inverter”, Hội nghị quốc tế lần thứ 11 Điều khiển, Tự động hóa Cơng nghệ thơng tin, ICCAIS 2022 ● Hội nghị nước [5] Dương Anh Tuấn, Phạm Quốc Huy, Phạm Thành Long, Vũ Hoàng Phương, Nguyễn Văn Liễn (2022), “Điều khiển nghịch lưu T-type pha nối lưới theo nguyên lý vector”, Hội thảo khoa học “Công nghệ & Ứng dụng lĩnh vực Điện-Điện tử-Tự động hóa”, Trường ĐH Giao thơng vận tải DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ● Tạp chí nước [6] Dương Anh Tuấn, Phạm Thành Long, Phạm Anh Dũng, Lê Xuân Khôi, Giáp Văn Nam, Vũ Hoàng Phương, Nguyễn Văn Liễn (2023), " Bộ điều khiển kháng nhiễu dựa chế độ trượt khâu quan sát trạng thái cho biến đổi ba pha ba mức hình T chế độ chỉnh lưu tích cực", Chuyên san Đo lường, Điều khiển Tự động hóa, 27, số 2, 8/2023, trang 55-62 Mở đầu Sự cần thiết đề tài Nghịch lưu ba mức giải pháp cho ứng dụng địi hỏi cơng suất lớn điện áp cao đến 900V Trong nghịch lưu ba mức nghịch lưu hình T có ưu như: tiết kiệm đáng kể số lượng van bán dẫn công suất mà tạo mức điện áp yêu cầu, đảm bảo chất lượng dạng sóng điện áp yêu cầu công suất lớn, trao đổi dịng cơng suất theo hai chiều, sử dụng nguồn DC Có hai vấn đề mà nghịch lưu ba pha hình T cần phải giải cân điện áp điểm trung tính DC giảm điện áp common-mode Việc cân điện áp điểm trung tính DC gây tượng áp van cơng suất làm tăng THD dịng điện đầu Còn điện áp common-mode gây nên dòng rò làm giảm tuổi thọ cách điện, nhiễu điện từ an tồn điện Vậy việc tìm phương pháp điều chế vừa giảm điện áp common-mode, vừa cân điện áp điểm trung tính DC hướng nghiên cứu đề tài nhằm nâng cao độ tin cậy việc điều khiển nghịch lưu ba pha hình T Mạch vịng điều khiển nghịch lưu hình T gồm mạch vịng mạch vịng dịng điện, mạch vịng ngồi mạch vịng cơng nghệ mạch vòng điện áp chiều trung gian, mạch vòng cơng suất Mạch vịng cơng nghệ bên ngồi thường u cầu thời gian tác động chậm mạch vòng dòng điện bên Mạch vịng dịng điện đóng vai trị quan trọng, phải đảm bảo vấn đề như: đảm bảo khả tác động nhanh, đảm bảo hệ thống không bị tải Do vậy, việc nâng cao chất lượng mạch vòng dòng điện phương pháp điều khiển cải tiến có khả đảm bảo vấn đề điều khiển điện áp chiều trung gian vấn đề điều khiển mạch vịng cơng suất bên ngồi lưới ổn định Mục tiêu nghiên cứu Đề xuất áp dụng phương pháp điều chế cải tiến nhằm vừa cân điện áp điểm trung tính DC, vừa giảm điện áp common-mode Nghiên cứu khả áp dụng số phương pháp điều khiển điều khiển PI, điều khiển chế độ trượt…cho mạch vòng điều khiển biến đổi Kiểm chứng phương pháp điều chế, thuật tốn chuyển mạch phương pháp điều khiển thơng qua minh chứng mô thực nghiệm Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Nghịch lưu hình T ba pha hoạt động chế độ nối lưới độc lập Phạm vi nghiên cứu: Phương pháp điều chế cải tiến cho nghịch lưu hình T ba pha để cân điện áp điểm trung tính DC giảm điện áp common-mode Phương pháp điều khiển dòng điện cải tiến nhằm nâng cao chất lượng điều khiển mạch vòng dòng điện Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm - Nghiên cứu lý thuyết phương pháp điều chế thuật toán chuyển mạch, phương pháp điều khiển đảm bảo yêu cầu đặt cho biến đổi - Mô phương pháp điều khiển, điều chế thuật toán chuyển mạch Matlab/Simulink - Kiểm chứng phương pháp điều khiển, điều chế thuật toán chuyển mạch hệ thống thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Kết nghiên cứu giúp làm đơn giản hóa việc đồng thời cân điện áp điểm trung tính DC giảm điện áp commonmode Phương pháp điều chế SVM cải tiến cho nghịch lưu ba pha hình T có xét đến trường hợp ổn định điện áp, tần số lưới Tiếp đó, luận án đề xuất áp dụng điều khiển dòng điện theo phương pháp chế độ trượt cải tiến FTSMC để nâng cao tốc độ đáp ứng chất lượng điều khiển có nhiễu, phụ tải lưới cân Ý nghĩa thực tiễn: Các kết nghiên cứu kiểm chứng mô hình thực nghiệm chứng tỏ khả ứng dụng thực tiễn Bố cục luận án Nội dung luận án trình bày thành chương phần kết luận sau: Chương trình bày tổng quan cấu trúc ứng dụng nghịch lưu nguồn áp hai mức, nghịch lưu NPC ba mức nghịch lưu ba pha hình T Qua phân tích, đánh giá cơng trình nghiên cứu cơng bố, luận án vấn đề chưa giải triệt để Từ luận án tập trung nghiên cứu đưa đề xuất áp dụng phương hướng thực mục tiêu nghiên cứu luận án Chương trình bày phương pháp điều chế PWM, SVM 6Segment, SVM 8-Segment dùng để điều khiển nghịch lưu hình T ba pha Tiếp theo, luận án đề xuất áp dụng phương pháp điều chế cải tiến để đồng thời cân điện áp điểm trung tính DC giảm điện áp common-mode (CMV) Thuật toán kiểm chứng thông qua mô Matlab/Simulink hệ thống thực nghiệm Chương trình bày điều khiển dòng điện theo phương pháp điều khiển chế độ trượt cấu trúc điều khiển nghịch lưu ba pha hình T nối lưới để tăng tốc độ đáp ứng, nâng cao chất lượng điều khiển có nhiễu lưới khơng cân Chương trình bày điều khiển dòng điện theo phương pháp điều khiển chế độ trượt cấu trúc điều khiển nghịch lưu ba pha hình T chế độ độc lập để tăng tốc độ đáp ứng, nâng cao chất lượng điều khiển tải không cân tải phi tuyến Chương trình bày quy trình thực nghiệm kết thu Từ kết kiểm nghiệm tính đắn lý thuyết thuật tốn đề xuất áp dụng Kết luận kiến nghị Trình bày tóm lược kết đạt luận án; đồng thời hạn chế đề xuất hướng nghiên cứu Các đóng góp luận án - Đề xuất áp dụng thuật tốn điều chế FSVM cho nghịch lưu hình T ba pha vừa giảm điện áp common-mode, vừa cân điện áp điểm trung tính DC chế độ bình thường hệ thống ổn định - Áp dụng phương pháp điều khiển pháp chế độ trượt cải tiến FTSMC kết hợp với quan sát trạng thái SOB ước lượng nhiễu DOB giúp cho mục tiêu điều khiển đảm bảo dù điều kiện lưới cân bằng, cân bằng, tải thay đổi hay nhiễu thay đổi theo thời gian - Xây dựng hệ thống thực nghiệm kiểm chứng kết tính tốn, thiết kế Bộ thực nghiệm góp phần chứng minh khả thực tiễn với cấu trúc mạch phức tạp thiết bị vi xử lý DSP phục vụ tốt công tác thử nghiệm nghiên cứu nghịch lưu hình T Chương Tổng quan 1.1 Xu hướng phát triển nghịch lưu nguồn áp Hình 1.1 Các ứng dụng nghịch lưu nguồn áp Xu hướng ứng dụng u cầu cơng suất lớn hơn, điện áp DC cao đến 900V, tần số chuyển mạch cao đến 50 kHz nghịch lưu nguồn áp hai mức trở nên hiệu Lúc này, nghịch lưu hai mức bộc lộ nhược điểm như: chất lượng điện áp thấp, tốc độ biến thiên du/dt lớn, độ méo sóng hài(THD) cao, điện áp van lớn, tổn thất chuyển mạch cao Để khắc phục hạn chế nghịch lưu hai mức cần phải có nghịch lưu ba mức 1.2 Các cấu trúc nghịch lưu nguồn áp ba mức 1.2.1 Cấu trúc nghịch lưu dạng điốt kẹp (NPC) Nghịch lưu dạng điốt kẹp (NPC) cấu trúc nghịch lưu ba mức điển hình Vì có hai tụ điện mắc nối tiếp nên có thêm mức điện áp thêm vào Vdc/2 hai mức điện áp Vdc, thực cách kích mở van bán dẫn nối điểm mạch DC (hay điểm nối tụ điện) với tải nối điểm vào pha thông qua điốt Nhìn chung, nghịch lưu NPC giải pháp tốt cho ứng dụng công suất lớn, điện áp cao Tuy nhiên, cấu trúc có số lượng điốt lớn, mạch phức tạp, làm cho hệ thống cồng kềnh 1.2.2 Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha Nghịch lưu hình T ba pha phát triển từ cấu trúc nghịch lưu nguồn áp ba pha hai mức Cấu trúc nghịch lưu cấu thành từ van IGBT mắc kiểu thông thường van IBGT mắc kiểu E chung tạo thành nhánh chữ T Nghịch lưu hình T kết hợp ưu điểm nghịch lưu hai mức với ưu điểm nghịch lưu NPC ba mức Do đó, nghịch lưu hình T coi giải pháp thay cho nghịch lưu NPC ba mức Tuy nhiên, nhược điểm nghịch lưu hình T khả chặn ngược chuyển mạch hai chiều AC với van IGBT thông thường 1.2.3 Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha sử dụng RB-IGBT Cấu trúc cầu thành từ van bán dẫn mắc kiểu thông thường van mắc song song tạo thành nhánh chữ T Để khắc phục nhược điểm IGBT thông thường, hãng Fuji Electric cho đời hệ mơđun IGBT (dịng V) với cơng nghệ RB-IGBT chun tích hợp cho cấu trúc nghịch lưu hình T ICM CPE C1 2 DC Source P SA1 SA4 O C2 ICM C PE 2 SA3 SB4 SB3 SC4 SC3 SA2 SB1 SC1 Lf Lg VS Z Co SB2 SC2 Cf ICM N Hình 1.2 Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha sử dụng RB-IGBT Nghịch lưu hình T sử dụng RB-IGBT khắc phục nhược điểm khả chặn ngược nghịch lưu hình T, phù hợp với hệ thống yêu cầu công suất lớn hơn, điện áp DC cao đến 900V 1.3 Phương pháp điều chế cho nghịch lưu hình T Đối với phương pháp điều chế cho nghịch lưu hình T yêu cầu quan trọng phải giảm điện áp common-mode cân điện áp điểm trung tính DC Kỹ thuật điều chế phổ biến thường sử dụng là: sinPWM dùng nhiều sóng mang điều chế véctơ khơng gian (SVM) Tuy nhiên phương pháp khả vừa giảm điện áp common-mode, vừa cân điện áp điểm trung tính DC Vì vậy, luận án đề xuất áp dụng phương pháp điều chế cải tiến FSVM nhằm mục đích vừa cân điện áp điểm trung tính DC, vừa giảm điện áp common-mode áp dụng riêng cho nghịch lưu hình T 1.4 Phương pháp điều khiển mạch vòng dòng điện Mỗi phuơng pháp điều khiển có ưu riêng áp dụng tùy theo trường hợp cụ thể Các phương pháp điều khiển PI chế độ trượt FTSMC phương pháp mà tác giả lựa chọn Vì nên tổn thất van tự động giảm xuống tầm 2/3 giá trị tổn thất ban đầu Ngoài ra, việc sử dụng hai trạng thái riêng biệt véctơ nhỏ giúp cân điện áp tụ DC tốt hơn, nhiên làm tăng sóng hài điện áp đầu 2.4.3 Mô hai phương pháp điều chế SVM 8- Đoạn SVM 6- Đoạn Về kịch thông số mô giống mô theo phương pháp PWM Tổng kết : Cả phương pháp khơng có khả giảm điện áp common-mode Vì cần thiết phải có phương pháp điều chế vừa cân điện áp điểm trung tính DC vừa giảm điện áp common-mode 2.5 Phương pháp điều chế FSVM đề xuất áp dụng cho nghịch lưu ba pha hình T OPN NPO Vref PON OOO OPO Vref POO NPP PNO NOP NPN PPN NOO PNP NNP PPN OPO POO OPO PPN d2/2 d1/2 d3 d1/2 d2/2 OON ONO PNN ONO OON d1/2 d3/2 d2 d3/2 d1/2 d3/2 d2/2 d1 d2/2 d3/2 SA1 SA1 SA1 SA2 SA2 SA2 SB1 SB1 SB1 SB2 SB2 SB2 SC1 SC1 SB1 SC2 SC2 (a) PNN ONO OOP ONP PON OOO OPN OOO PON OON Vref SC2 (b) (c) Hình 2.3 Trạng thái khơng gian véc tơ trình tự chuyển mạch (a) ZSVM, (b) PSVM (c) NSVM Bước lựa chọn Section chứa véctơ điện áp, sau tính tốn hệ số điều chế véctơ biên chuẩn, tính tốn thời gian đóng cắt nhánh van cân điện áp tụ 11 Start Calculate Y V, dPSVM1-3,dNSVM1-3 V>k N V < -k