Đề xuất phương pháp điều khiển dự báo dòng điện cải tiến cho nghịch lưu đa mức cầu h nối tầng

Để giải quyết vấn đề trên, bài báo đề xuất phương pháp lựa chọn 19 vector điện áp với bộ điều khiển dự báo dòng điện có trọng số để đảm bảo triệt tiêu điện áp common-mode và tối ưu đóng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG

Tập 30, Số 1 (2023): 90 - 100 Vol 30, No 1 (2023): 90 - 100HUNG VUONG UNIVERSITY

Email: tapchikhoahoc@hvu.edu.vn Website: www.jst.hvu.edu.vn

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO DÒNG ĐIỆN CẢI TIẾN

CHO NGHỊCH LƯU ĐA MỨC CẦU H NỐI TẦNG

Mai Văn Chung 1,2 *, Phùng Tiến Duy 1,2

1 Khoa Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Hùng Vương, Phú Thọ

2 Nhóm nghiên cứu Kỹ thuật - Công nghệ, Trường Đại học Hùng Vương, Phú Thọ

Ngày nhận bài: 10/5/2022; Ngày chỉnh sửa: 03/6/2022; Ngày duyệt đăng: 06/7/2022

Tóm tắt

Phương pháp điều khiển FCS - MPC với nguyên tắc xét đến tất cả các vector điện áp, để tìm ra vector điện áp

tối ưu cho biến tần đa mức, trong một chu kỳ trích mẫu rất nhỏ là khó khả thi Bên cạnh đó, với việc không

có khâu điều chế, việc tối ưu common-mode voltage, tối ưu đóng cắt, cân bằng điện áp trên tụ của biến tần đa mức cần được thực hiện trong hàm mục tiêu Để giải quyết vấn đề trên, bài báo đề xuất phương pháp lựa chọn

19 vector điện áp với bộ điều khiển dự báo dòng điện có trọng số để đảm bảo triệt tiêu điện áp common-mode

và tối ưu đóng cắt Bằng việc sử dụng vector điện áp ở chu kỳ trước và 18 vector liền kề với nó để tìm ra vector điện áp có sai lệch dòng điện nhỏ nhất thông qua hàm mục tiêu Như vậy, biến tần với mức bất kỳ, hàm mục tiêu cũng sẽ thực hiện 19 lượt tính toán trong một chu kỳ trích mẫu Việc thực hiện tính toán được thực hiện trên kit FPGA cho phép thực hiện 19 phép tính của hàm mục tiêu song song, do đó thời gian thực hiện tính toán

là nhỏ nhất Tính đúng đắn của thuật toán đề xuất được kiểm nghiệm bởi mô phỏng trên phần mềm MATLAB-Simulink áp dụng với bộ nghịch lưu cầu H nối tầng 11 mức

Từ khóa: Điều khiển dự báo dòng điện (FCS - MPC), nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng, điện áp common-

mode (CMV), điều khiển dự báo giảm khối lượng tính toán

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, hệ thống truyền động trung áp ngày

càng được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và

giao thông vận tải Hệ thống này động cơ thường

điều khiển theo phương pháp vector và được cấp

nguồn bởi nghịch lưu đa mức Qua cấu trúc điều

khiển này, nhận thấy rằng ngoài các bộ điều khiển

momen, tốc độ và vị trí thì điều khiển nghịch lưu đa

mức cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm

bảo chất lượng truyền động điện Bởi vì bộ nghịch

lưu đa mức giúp cho quá trình sử dụng linh kiện

bán dẫn với kích thước nhỏ hơn, dễ dàng trong quá

trình thiết kế nhiệt của thiết bị, đưa ra dạng điện áp

đầu ra có độ méo sóng hài (THD) thấp và tốc độ

biến thiên điện áp dv/dt thấp [1]

Trong các phương pháp điều khiển, FOC vẫn

được coi là phương pháp điều khiển tiêu chuẩn

trong công nghiệp [2] Để tiếp tục cải thiện về động học của phương pháp điều khiển FOC, các phương pháp mới về thiết kế bộ điều khiển dòng điện đã được nghiên cứu: Phương pháp dùng mạng nơ ron, điều khiển mờ, MPC đang được nghiên cứu và phát triển [3] Trong đó, Phương pháp MPC với một số ưu điểm như: Trực quan khi tiếp cận, là bộ điều khiển đa biến MIMO nhiều đầu vào đầu ra, có khả năng làm việc với

hệ phi tuyến trên miền thời gian, đáp ứng động học nhanh, hàm mục tiêu giúp chiến lược điều khiển trở nên linh hoạt trong việc lựa chọn đối tượng điều khiển và bổ sung các ràng buộc Do

đó, phương pháp MPC đã nổi lên là phương pháp điều khiển thay thế đầy tiềm năng trong điện tử công suất và truyền động điện [4, 5] Việc loại

bỏ khâu điều chế độ rộng xung giúp giảm đáng

kể thời gian tính toán, độ phức tạp của thuật toán

điều khiển từ đó cải thiện đáp ứng động học của

hệ thống Tuy nhiên, do không có khâu điều chế

nên việc không thực hiện được các mục tiêu của

điện tử công suất đó là: Tối ưu common-mode,

tối ưu đóng cắt, cân bằng điện áp Do đó, việc

thực hiện nhiệm vụ này phải được thực hiện

trong hàm mục tiêu [6, 7]

Một trong những hạn chế của phương pháp

điều khiển MPC là yêu cầu khả năng tính toán

lớn của bộ điều khiển Đặc biệt, khi hệ truyền

động được cấp nguồn bởi biến tần đa mức thì số

lượng vector điện áp tăng nhanh theo số mức

Do đó, khối lượng tính toán của phương pháp

sẽ tăng lên theo số tăng của vector điện áp Tuy

nhiên, khối lượng tính toán quá lớn có thể không

thể thực hiện được do hạn chế tài nguyên của

thiết bị điều khiển Bên cạnh đó, việc tính toán

khối lượng quá lớn sẽ làm cho thời gian tính toán

tăng lên, làm ảnh hưởng đến chất lượng bộ điều

khiển Đã có khá nhiều nghiên cứu về vấn đề

giảm số lượng tính toán của phương pháp điều

khiển MPC Ở đề xuất phương pháp sử dụng 7

vector điện áp không gian liền kề Bằng việc cố

định chỉ lựa chọn 1 trong 7 vector điện áp xung

quanh vector điện áp ở chu kỳ trước Điều này đã

đảm bảo là với bộ biến đổi có mức bất kỳ thì số

lượng tính toán là không đổi Ở [9, 10] lựa chọn 3

vector liền kề từ vector điện áp dự báo Điều này cũng tạo ra số lượng tính toán cố định với bất kỳ mức nào của bộ điều khiển Tuy nhiên, việc giảm các lựa chọn vector điện áp của hàm mục tiêu sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng bộ điều khiển đặc biệt là quá trình quá độ, bên cạnh đó với hàm đa mục tiêu bao gồm sai lệch dòng điện stator, tối

ưu common-mode, tối ưu đóng cắt các phương pháp đề xuất là khó khả thi và sẽ làm cho chất lượng hệ truyền động giảm xuống Do đó, các phương pháp trên mới thử nghiệm với hàm mục tiêu không có trọng số

Vì vậy, trong nghiên cứu này tác giả sẽ đề xuất phương pháp FCS - MPC cải tiến cho động

cơ IM cấp nguồn bởi CHB: tối ưu sai lệch dòng điện stator, tối ưu (triệt tiêu) điện áp common-mode, giảm số lần tính toán của hàm mục tiêu (sử dụng 19 vector điện áp) mà không tăng thời gian tính toán so với những thuật toán đã đề xuất; giảm tần số đóng cắt

2 Nội dung, phương pháp nghiên cứu

2.1 Thiết kế bộ điều khiển dự báo dòng điện

Hệ phương trình mô tả đầy đủ hệ thống điện của động cơ KĐB trên hệ tọa độ stator:

di

d

s

















ii

d

s

r

r s s























r

r

s r

r

dt T i T

d

/

/



























(1)

Trong đó:

L m: Hỗ cảm giữa rotor và stator L r = L m + Lσr: Điện cảm rotor

Lσs: Điện cảm tiêu tán phía cuộn dây stator : Hằng số thời gian stator

Lσr: Điện cảm tiêu tán phía cuộn dây rotor : Hằng số thời gian rotor

L s = L m + Lσs: Điện cảm stator : Hệ số tiêu tán tổng

T L R

s s s

=

T L R

r

=

   1

2

L

L L s r m

Tiến hành rời rạc hóa các phương trình (1)

bằng cách lấy xấp xỉ tín hiệu: stator iThu được phương trình dự báo dòng điện s và từ thông rotor ψr ở thời điểm k+1:

Hệ phương trình (3), (4) là mô hình rời rạc của dòng điện stator, đây là phương trình dự báo

dòng điện stator của động cơ ở thời điểm t(k+1)

(2)

dx

dt

T

  1  

(3)

(4)

s











    





s s

s

s

k T

L u k

T T T i k T











    





1

1











r

r

r

s s

k T





r

r

k T

T i k

T

T k T k k

/



    







 

T r i k s T r k T k

r r

      















Hàm mục tiêu (5) sẽ được thực hiện cho từng

vector điện áp có thể có của hệ thống (n3 vector

điện áp với n là số mức của bộ nghịch lưu)

Nghịch lưu 11 mức cầu H nối tầng có tổng cộng

1.331 vector điện áp chuẩn Do đó (5) sẽ được

thực hiện 1.331 lần trong mỗi chu kỳ trích mẫu

Vector điện áp khiến cho hàm mục tiêu đạt cực

tiểu thì sẽ được lựa chọn để đưa vào điều chế cho

bộ nghịch lưu Sau đó, tùy theo cách chọn cầu H

tham gia điều chế để quyết định trạng thái đóng

cắt của các van, sao cho vector điện áp đầu ra đạt

được như đã lựa chọn bên trên

Từ những phân tích trên thấy rằng, với bộ điều

khiển dự báo dòng điện thông thường và hàm mục

tiêu ở (5) chưa giải quyết được vấn đề đặt ra của

nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng là triệt tiêu điện áp

common-mode, tối ưu tần số đóng cắt Bên cạnh đó,

khối lượng tính toán quá lớn khi thiết kế với nghịch

lưu mức cao sẽ làm cho thời gian tính toán tăng lên

qua đó ảnh hưởng chất lượng bộ điều khiển

2.2 Triệt tiêu điện áp common-mode

Điện áp common-mode được định nghĩa là

chênh lệch điện thế giữa điểm trung tính của

tải và điểm trung tính của bộ nghịch lưu, được

xác định theo phương trình (6) Như đã đề cập trong [1, 11, 12] điện áp này gây ra ảnh hưởng xấu tới hoạt động của thiết bị Do đó, vấn đề triệt tiêu điện áp common-mode là rất quan trọng, đặc biệt trong các các hệ thống điện áp cao và công suất lớn

(5)

g0 i k i k i k i k

                

Hình 1 Minh họa vector chuẩn có mức trạng thái

có CMV=0 của nghịch lưu 5 mức cấu trúc cầu H

nối tầng

Nhìn vào phương trình dự báo ta thấy rằng giá trị

dòng điện dự báo iab(k+1) phụ thuộc vào giá trị

dòng điện đo về và giá trị vector điện áp u(k+1)

Từ đây ta có thể đưa ra hàm mục tiêu của bộ điều khiển dự báo dòng điện như phương trình (5)

Đối với phương pháp điều khiển FCS - MPC,

khâu điều chế độ rộng xung được ẩn đi Vì thế, việc

triệt tiêu điện áp common-mode là chưa được thực

hiện khi áp dụng cho nghịch lưu đa mức cầu H nối

tầng Do đó, để xử lý vấn đề tối ưu điện áp

common-mode, cần phải bổ sung thêm thành phần này trong

mục tiêu của bộ điều khiển dự báo Phương trình

(6) thực hiện vai trò triệt tiêu điện áp

common-mode của bộ điều khiển dự báo dòng điện.

Trong đó, v ZN [k] là điện áp common-mode tại

thời điểm thứ k

Với việc phương trình (6) được bổ sung trong

việc tối ưu hóa hàm mục tiêu của bộ điều khiển dự

báo, vector điện áp dự báo cho chu kỳ tiếp theo sẽ

là vector thỏa mãn đồng thời sai lệch dòng điện cho phép và có điện áp common-mode nhỏ nhất Tương

tự như khi có khâu điều chế, khi muốn triệt tiêu điện

áp common-mode thì bộ điều khiển dự báo dòng điện chỉ lựa chọn các vector điện áp có common-mode bằng không

2.3 Tối ưu số lần đóng cắt van bán dẫn

Theo nguyên lý điều khiển FCS - MPC, vector điện áp được chọn có thể là bất kỳ vector nào, miễn

là thỏa mãn hàm mục tiêu theo phương trình (5) Do

đó, số lần đóng cắt của van bán dẫn có thể rất lớn Điều này làm tăng tổn hao trên hệ thống do việc đóng cắt van gây ra Đặc biệt, với bộ điều khiển dự báo dòng điện yêu cầu tần số trích mẫu cao trong khoảng[13] Để kiểm soát số lần đóng cắt của van bán dẫn, cần phải coi đây là một mục tiêu trong bộ điều khiển dự báo dòng điện Tối ưu số lần đóng cắt van bán dẫn được đưa ra bởi phương trình (7)

V

ZN

dc

(7)

g2  k k k kA   A  1   k k k kB   B  1   k k k kC   C  1 

Trong đó, là mức điện áp đầu ra ba pha của

nghịch lưu

Với việc phương trình (7) được bổ sung để tối

ưu hóa hàm mục tiêu của bộ điều khiển dự báo,

vector điện áp dự báo cho chu kỳ tiếp theo sẽ là

vector thỏa mãn đồng thời sai lệch dòng điện cho

phép và số lần thay đổi mức trên mỗi pha là nhỏ

nhất Như vậy, bản chất phương trình (7) là để

xác định thay đổi mức trên mỗi pha giữa hai chu

kỳ trích mẫu liên tiếp Tuy nhiên, nghịch lưu đa

mức cấu trúc cầu H nối tầng, với một mức điện

áp trên mỗi pha sẽ có nhiều cách sắp xếp mức của từng cầu H đơn khác nhau Do đó, để có thể tối ưu số lần đóng cắt làm việc hiệu quả, tương ứng với mỗi mức điện áp pha, cần giữ cố định cách lựa chọn số lượng cầu H tham gia điều chế cũng như cách lựa chọn van đóng cắt Cách lựa chọn van chi tiết cho từng mức điện áp mỗi pha được thể hiện trong Bảng 1

Bảng 1 Bảng trạng thái đóng cắt

S x1 (S x1,1 ;S x1,3 ) S x2 (S x2,1 ;S x2,3 ) S x3 (S x3,1 ;S x3,3 ) S x4 (S x4,1 ;S x4,3 ) S x5 (S x5,1 ;S x5,3 )

Trong Bảng 1, biến x ∈ {a, b, c} biểu thị

cho tên pha, i = 1 ÷ 5 biểu thị cho số thứ tự của

cầu H trong pha , là trạng thái của van 1 và 3

trong cầu H thứ của pha x, (S xi,1 ;S xi,3), là mức

điện áp đầu ra của cầu H thứ của pha x, S x, là

mức điện áp đầu ra của pha x.

2.4 Giảm khối lượng tính toán hàm mục tiêu

của bộ điều khiển

Khi hệ thống vận hành ở chế độ ổn định,

vector điện áp V được lựa chọn tuần tự để tạo ra

dòng điện hình sin chuẩn Ở hai khoảng thời gian

trích mẫu liên tiếp, hai vector điện áp được lựa

chọn sẽ có biên độ và góc pha xấp xỉ nhau Do

đó, trong mỗi chu kỳ trích mẫu T s, thay vì sử dụng

toàn bộ 331 vector (chọn theo điện áp

common-mode nhỏ nhất) để tính toán hàm mục tiêu, ta chỉ

cần lựa chọn các vector trong phạm vi nhỏ hơn

Đã có một số nghiên cứu như đề xuất rằng chỉ lựa

chọn 7 vector tham gia tính toán hàm mục tiêu

Tuy nhiên, phương án này sẽ khiến cho thời gian

đáp ứng của hệ thống tăng lên, làm giảm chất

lượng của bộ điều khiển Vì vậy, ở đây đề xuất sử

dụng phạm vi vector rộng hơn Cụ thể, mỗi một

chu kỳ trích mẫu sẽ có một nhóm 19 vector tham

gia tính toán hàm mục tiêu Nhóm này được tạo

thành từ vector điện áp được chọn ở chu kỳ trích

mẫu trước và 18 vector liền kề với vector này

Phương án này sẽ giúp giảm thời gian đáp ứng

xuống, đồng thời cũng không ảnh hưởng tới thời gian thực thi của vi xử lý do các dòng FPGA hiện nay cho phép thực hiện các phép tính song song Một ví dụ về nhóm 19 vector tham gia tính toán hàm mục tiêu được minh họa trên Hình 2, vector V39 (hình tròn màu xanh) là vector được lựa chọn trong chu kỳ trích mẫu trước, 18 vector liền kề với nó là những vector biểu diễn bởi hình tròn màu cam Một cách định lượng hóa, thì tập hợp 19 vector được xác định dựa vào khoảng cách từ vector được lựa chọn trong chu kỳ trích mẫu trước tới các vector khác, được tính theo phương trình 2

Hình 2 Minh họa một tập hợp 19 vector

(8)

d v v x, y v x v y v xv y

v y được gọi là một vector liền kề của v x

nếu d v v  x, y  4 Vdc

3 Bộ vector liền kề tương ứng với từng vector của hệ thống sẽ được

xác định sẵn và đưa vào cơ sở dữ liệu của bộ điều

khiển MPC

Với phương án thực hiện như vậy, hàm mục

tiêu chỉ được thực hiện 19 lần trong mỗi chu kỳ

trích mẫu, giảm được một lượng lớn so với khi

xét đến toàn bộ các vector Con số này sẽ không

đổi cho dù số mức của bộ nghịch lưu là bất kỳ

2.5 Phương pháp mô phỏng kiểm chứng

Để chứng minh tính đúng đắn và hiệu quả của phương án đề xuất, mô phỏng trên phần mềm Matlab - Simulink được thực hiện Trong

đó, động cơ không đồng bộ được mô phỏng bằng khối Asynchronous Machine trong thư viện Simcape Khối Asynchronous Machine có đầy

đủ tính chất của máy điện ba pha không đồng bộ,

có thể làm việc ở cả hai chế độ máy phát và động

cơ và có thông số:

Công suất định mức P dm 2,2 kW Điện cảm stator L s 1,134 H

Điện áp định mức U dm 690 V Momen quán tính J 0,0018 kg.m 2

Số đôi cực z p 1 Chu kỳ trích mẫu mạch vòng tốc độ T w 1 ms Điện trở stator R s 6 Ω Chu kỳ mạch vòng dòng điện (FCS-MPC) T s 50

3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận

3.1 Hàm mục tiêu của thuật toán MPC cải tiến

Để giải quyết hạn chế của phương pháp FCS -

MPC truyền thống, trong nghiên cứu này đề xuất

phương pháp điều khiển FCS - MPC cải tiến với hàm mục tiêu bổ sung thành phần triệt tiêu điện

áp common-mode và tối ưu đóng cắt Cấu trúc của phương pháp điều khiển dự báo dòng điện đề xuất được thể hiện như Hình 3

Với: V k V

k k k

i

A B C

[ ] 





















là vector không gian của điện áp tại thời điểm thứ k Sx,ij là van thứ j của cầu thứ i trong pha x (x ∈ {A, B, C}; i = 1 ÷ 5; j = 1 ÷ 4)

(8)

Hàm mục tiêu đề xuất của phương pháp điều

khiển FCS - MPC cải tiến cho nghịch lưu đa mức

cấu trúc cầu H nối tầng như sau:

g = g 0 + l cm g 1 + l sw g 2 (9)

Trong đó: lcm là trọng số của triệt tiêu điện áp

common-mode

lsw là trọng số của tối ưu đóng cắt

Như vậy, hàm mục tiêu gồm 3 yêu cầu:

Yêu cầu 1: Tối ưu sai lệch giữa dòng điện đặt

và dòng điện dự báo được thực hiện bởi g0

Yêu cầu 2: Tối ưu common-mode được thực

hiện bởi

Yêu cầu 3: Tối ưu đóng cắt được thực hiện bởi

Với hàm mục tiêu có trọng số: Các trọng số

trong hàm mục tiêu là hằng số được xác định qua

thử sai Tuy nhiên, trong các quá trình hoạt động

khác nhau, tuy trọng số không đổi nhưng đầu vào

sai lệch sẽ khác nhau đã làm cho hàm mục tiêu

sẽ đưa ra ưu tiên tối ưu khác nhau để có bộ điều

khiển tốt nhất Ví dụ, trong điều kiện quá độ thì sai lệch dòng điện là lớn do đó trong điều kiện này sai lệch dòng điện có tỷ trọng lớn trong hàm mục tiêu Vì vậy, bộ điều khiển sẽ lựa chọn các giá trị điện áp làm cho sai lệch dòng điện nhỏ nhất Trong điều kiện ổn định, sai lệch dòng điện nhỏ đi thì các mục tiêu về tối ưu common-mode, tối ưu đóng cắt sẽ tác động để đạt được mục tiêu đặt ra của bộ điều khiển

3.2 Kết quả mô phỏng kiểm chứng

Trong khoảng từ 0,2 - 0,3s hàm mục tiêu có

lcm = 0; lsw = 0 Với các điều kiện này chất lượng

bộ điều khiển rất tốt với mô men động cơ đập mạch 7,35 7,25.100 1,36%

7,3

M −

Hình 4 (b)

Trong khoảng từ 0,3 - 0,4s hàm mục tiêu

có lcm = 0,01; lsw = 0 Với các điều kiện này, nhận thấy rằng tốc độ vẫn bán rất sát tốc độ đặt Điện áp common-mode đã giảm rõ rệt như Hình 4 (c) Độ đập mạch momen đã tăng lên

7,39 7,2.100 2,6%

7,3

M −

men trong điều kiện này vẫn rất tốt

Trong khoảng từ 0,4 - 0,5s hàm mục tiêu có

lcm = 0,05; lsw = 0 Với các điều kiện này, nhận

thấy rằng tốc độ vẫn bán rất sát tốc độ đặt như

Hình 4 (a) điện áp common-mode đã bị triệt

tiêu Hình 4 (b), độ đập mạch momen tương

tự như trường hợp trên ∆ =M 2,6% Như vậy

bộ điều khiển trong điều kiện này đã triệt tiêu

commom-mode

Trong khoảng từ 0,5 - 0,6s hàm mục tiêu có

lcm = 0,05; lsw = 0,05 Với các điều kiện này, nhận

thấy rằng tốc độ vẫn bán rất sát tốc độ đặt, điện

áp common-mode đã bị triệt tiêu, độ đập mạch

7,3

4 (d) thấy rằng tần số đóng cắt của van bán dẫn

đã giảm đánh kể Như vậy bộ điều khiển trong

điều kiện này đã triệt tiêu commom-mode, giảm tần số đóng cắt van bán dẫn, nhưng độ đập mạch momen đã tăng lên khá lớn

Trong khoảng từ 0,6 - 0,7s hàm mục tiêu có

lcm = 0,05; lsw = 0,15 Với các điều kiện này, nhận thấy rằng tốc độ vẫn bán rất sát tốc độ đặt, điện

áp common-mode đã bị triệt tiêu, độ đập mạch momen ∆ =M 8 6,7 100 17,8%−7,3 = Từ Hình 4 (d) thấy rằng tần số đóng cắt của van bán dẫn đã giảm rất lớn Như vậy bộ điều khiển trong điều kiện này đã triệt tiêu commom-mode, giảm tần

số đóng cắt van bán dẫn, nhưng độ đập mạch momen lớn

Bên cạnh đó, nghiên cứu này cũng mô phỏng trong cùng điều kiện với thuật toán 7 vector liền

kề để so sánh và đánh giá với thuật toán đề xuất Kết quả thể hiện như Bảng 2

Hình 3 Cấu trúc điều khiển của thuật toán MPC cải tiến cho hệ thống nghịch lưu đa mức

nối tải động cơ

Hình 4 Kết quả mô phỏng vơi với thuật toán đề xuất:

(a) Đáp ứng tốc tộ; (b) Đáp ứng momen; (c) Điện áp common-mode; (d) Tần số đóng cắt

Bảng 2 Kết quả mô phỏng của phương pháp đề xuất và phương pháp theo [8]

19 vector

(đề xuất)

lcm = 0

19

lcm = 0,01

lsw = 0 2,6 (lớn hơn 331 vector)Tiến đến 0 213

lcm = 0,05

lcm = 0,05

lcm = 0,05

7 Vector

[8]

lcm = 0

7

lcm = 0,01

lcm = 0,05

lsw = 0 14,6 (có giảm nhưng rất ít)1/3Udc 31

lcm = 0,05

lsw = 0,005 18,2 (có giảm nhưng rất ít)1/3Udc 24

lcm = 0,05

lsw = 0,015 41 (có giảm nhưng rất ít)1/3Udc 22

Từ Bảng 2 có thể thấy rằng với phương pháp

đề xuất thời gian tính toán không tăng nhưng đã

triệt điêu được hoàn toàn điện áp common-mode

Với yêu cầu chất lượng của bộ điều khiển là sai

lệch tốc độ <10%, cho thấy rõ được ưu việt của

thuật toán đề xuất

4 Kết luận

Bài báo đề xuất thuật toán 19 vector liền

kề sử dụng trong hàm mục tiêu có triệt tiêu

common-mode và tối ưu đóng cắt của phương

pháp điều khiển MPC cho biến tần đa mức cấu

trúc cầu H nối tầng Thuật toán đề xuất đã đạt

được các kết quả sau Thứ nhất, chỉ thực hiện

tối đa 19 lượt tính toán của hàm mục tiêu với biến tần có mức bất kì, các phép tính được thực hiện song song làm cho thời gian tính toán là nhỏ nhất (tương đương khi thực hiện 1 lượt tính toán) Thứ hai, đã triệt tiêu được điện áp common-mode Thứ 3, tối ưu tần số đóng cắt của van bán dẫn công suất Thuật toán được triển khai một cách khá đơn giản, dễ hiểu từ đó nâng cao khả năng ứng dụng của phương pháp MPC trong thực tế Trong nghiên cứu này, việc xác định trọng số hàm mục tiêu thông qua mô phỏng, do đó mất nhiều thời gian và khi thông

số thay đổi cần xác định bộ số mới Do vậy, nghiên cứu tiếp theo có thể dùng thuật toán để

xây dựng phương pháp tổng quát hóa trong xác

định trọng số là việc thật sự ý nghĩa

Lời cảm ơn

Các tác giả bài báo xin chân thành cám ơn

sự hỗ trợ kinh phí nghiên cứu khoa học của

Trường Đại học Hùng Vương thông qua đề tài

cấp Trường số 11/2021/HĐKH

Tài liệu tham khảo

[1] B Wu (2005) High-Power Converters and

ac Drives

[2] Y Zhang, B Xia, and H Yang (2017)

Performance evaluation of an improved model

predictive control with field oriented control as

a benchmark IET Electric Power Applications,

vol 11, no 5 pp 677-687, doi:

10.1049/iet-epa.2015.0614

[3] M P Kazmierkowski and L Malesani (1998)

Current control techniques for three-phase

voltage-source pwm converters: A survey IEEE

Trans Ind Electron., vol 45, no 5, pp

691-703, doi: 10.1109/41.720325

[4] S Kouro, P Cortés, R Vargas, U Ammann, and

J Rodríguez (2009) Model predictive control -

A simple and powerful Method to control power

converters IEEE Transactions on Industrial

Electronics, vol 56, no 6 pp 1826-1838, doi:

10.1109/TIE.2008.2008349

[5] J H Lee (2011) Model predictive control:

Review of the three decades of development

Int J Control Autom Syst., vol 9, no 3, pp

415-424, doi: 10.1007/s12555-011-0300-6

[6] S Borreggine, V G Monopoli, G Rizzello, D

Naso, F Cupertino, and R Consoletti (2019)

A review on model predictive control and its

applications in power electronics 2019 AEIT

Int Conf Electr Electron Technol Automotive, AEIT Automot 2019, pp 1-6, doi: 10.23919/ EETA.2019.8804594

[7] S Vazquez, J Rodriguez, M Rivera, L G Franquelo, and M Norambuena (2017) Model Predictive Control for Power Converters and Drives: Advances and Trends IEEE Trans Ind Electron., vol 64, no 2, pp 935-947, doi: 10.1109/TIE.2016.2625238

[8] P Cortes, A Wilson, S Kouro, J Rodriguez, and

H Abu-Rub (2010) Model predictive control

of multilevel cascaded H-bridge inverters IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 57, no 8 pp 2691-2699, doi: 10.1109/ TIE.2010.2041733

[9] C F Garcia, C A Silva, J R Rodriguez, P Zanchetta, and S A Odhano (2019) Modulated Model-Predictive Control with Optimized Overmodulation IEEE J Emerg Sel Top Power Electron., vol 7, no 1, pp 404-413, doi: 10.1109/JESTPE.2018.2828198

[10] I Kim, R Chan, and S Kwak (2017) Model predictive control method for CHB multi-level inverter with reduced calculation complexity and fast dynamics IET Electr Power Appl., vol 11, no 5, pp 784 - 792, doi: 10.1049/iet-epa.2016.0330

[11] J Rodríguez, J Pontt, P Correa, P Cortés, and

C Silva (2004) A new modulation method to reduce common-mode voltages in multilevel inverters IEEE Trans Ind Electron., vol 51, no

4, pp 834-839, doi: 10.1109/TIE.2004.831735 [12] I F F Indusity and A Magazine (1998) Minimizing electric bearing currents in ASD systems

[13] T Geyer (2016) Model Predictive Control of High Power Converters and Industrial Drives