Xây dựng mô hình thực nghiệm bộ biến đổi đa mức mmc sử dụng thuật toán điều chế nlm cải tiến

Tính mới và sáng tạo - Tạo ra mô hình BBĐ MMC phục vụ đào tạo, nghiên cứu khoa học về hướng phát triển mới về bộ biến đổi đa mức sử dụng trong hệ thống nguồn điện mặt trời công suất lớn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC

KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Trang i

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ

ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

1 Danh sách đơn vị phối hợp chính

2 Danh sách thành viên tham gia nghiên cứu

2 ThS Lê Việt Anh Khoa KTCN, ĐH

HĐ

Mô phỏng, lấy kết quả thực hiện

Trang ii

MỤC LỤC

Danh sách thành viên tham gia đề tài và đơn vị phối hợp chính i

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 2

1.4 Cấu trúc và hoạt động của bộ biến đổi MMC 4

1.4.2 Nguyên lý tạo một mức điện áp của SM dạng nửa cầu 6 1.4.3 Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi MMC 7

Ch2 Mô hình hóa và điều chế nlm cải tiến cho bộ biến đổi MMC 11

2.1 Mô hình trạng thái liên tục của BBĐ MMC khi nối tải R-L 11 2.2 Mô hình MMC trong phương điều chế mức gần nhất NLM 14

3.3 Thuật toán cân bằng điện áp trên các tụ của MMC 20 3.4 Mô phỏng các phương pháp điều chế NLM cải tiến cho MMC 23

Trang iii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

MMC Modular Multilevel Converter

SM Sub - Module

BBĐ Bộ biến đổi

FPGA Field Programmable Gate Array

ĐTCS Điện tử công suất

HVDC Hight Voltage Direct Curent (Truyền tải điện áp cao một

chiều) THD Total Harmonic Distortion (Tổng méo sóng hài)

NLM Nearest Level Modulation

Trang iv

DANH MỤC HÌNH VẼ

1 Hình 1.1 Một số ứng dụng của BBĐ đa mức trong thực tế 4

6 Hình 2.2 Cấu trúc mô hình trung bình của BBĐ MMC 12

7 Hình 2.3 Đồ thị mô tả sự tạo thành điện áp đầu ra của MMC khi áp

dụng phương pháp điều chế NLM cải tiến

14

8 Hình 2.4 Tín hiệu điện áp ra và điện áp đặt của phương pháp điều

chế NLM

15

9 Hình 3.1 Sơ đồ phương pháp NLM cổ điển 16

10 Hình 3.2 Nguyên lý của phương pháp NLM cổ điển 16

11 Hình 3.3 Sơ đồ phương pháp NLM cải tiến 18

12 Hình 3.4 Nguyên lý của phương pháp NLM cải tiến 19

13 Hình 3.5 Thuật toán cân bằng điện áp tụ điện 21

14 Hình 3.6 Lưu đồ thuật toán cân bằng điện áp tụ điện 22

15 Hình 3.7 Cấu trúc phương pháp điều chế NLM cải tiến cho BBĐ

MMC

23

16 Hình 3.8 Điện áp nhánh trên và nhánh dưới pha A của MMC 24

17 Hình 3.9 Dạng điện áp ba pha phía xoay chiều chưa qua cuộn lọc 24

18 Hình 3.10 Dòng điện ba pha phía xoay chiều cung cấp cho tải 24

19 Hình 3.11 Kết quả phân tích Fourier điện áp đầu ra AC 25

20 Hình 3.12 Kết quả phân tích Fourier dòng điện trên tải 25

21 Hình 3.13 Dạng điện áp các tụ điện của nhánh trên và nhánh dưới

pha A

25

22 Hình 3.14 Dòng điện vòng trong các pha của bộ biến đổi 25

23 Hình 4.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống thực nghiệm một pha của BBĐ

MMC

28

24 Hình 4.2 Sơ đồ thiết kế mạch gồm 2 SM 29

25 Hình 4.3 Cấu trúc mạch đo dòng điện nhánh 31

26 Hình 4.4 Cấu trúc mạch đo điện áp trên các tụ của SM 31

27 Hình 4.5 Mạch đo dòng điện nhánh 31

28 Hình 4.6 Mạch đo điện áp tụ của SM 32

29 Hình 4.7 Mạch ADC thực hiện bởi IC MCP3208 33

30 Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý mạch Driver 33

31 Hình 4.9 Khối nguồn cấp cho mạch driver 34

32 Hình 4.10 Sơ đồ thiết kế của mạch driver 35

33 Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý và bo mạch thực mạch Dead Time 35

34 Hình 4.12 Sơ đồ mô tả tuần tự lập trình trên FPGA 36

36 Hình 4.14 Bo mạch Driver cấp xung cho 4 IGBT 37

37 Hình 6.15 Mạch đo dòng và tụ điện trên các nhánh cho một pha 37

38 Hình 4.16 Kit FPGA AX 309 Xilinx 37

39 Hình 4.17 Mô hình tổng thể hệ thống thực nghiệm bộ biến đổi

MMC

38

40 Hình 4.18 Mẫu xung ra của FPGA và Drive cấp cho IGBT 39

41 Hình 4.19 Hình dạng điện áp nhánh trên và nhánh dưới pha A 39

42 Hình 4.20 Hình dạng điện áp trên tải xoay chiều của pha A, B, C 40

43 Hình 4.21 Hình dạng dòng điện trên tải xoay chiều của pha A, B, C 40

44 Hình 4.22 Hình dạng điện áp trên tụ điện của SM1 pha A, B, C 40

45 Hình 4.23 Hình dạng dòng điện vòng pha A, B, C 40

Trang vi

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung

- Tên đề tài: Xây dựng mô hình thực nghiệm bộ biến đổi đa mức MMC sử dụng thuật toán điều chế NLM cải tiến

- Mã số:

- Thời gian thực hiện: 12 tháng, từ tháng 11 năm 2020 đến tháng 11 năm

2021

- Cấp quản lý: Cấp cơ sở

- Cơ quan quản lí đề tài: Trường Đại học Hồng Đức

- Đơn vị chủ trì đề tài: Khoa Kỹ thuật – Công nghệ

- Chủ nhiệm đề tài: Trần Hùng Cường Đơn vị công tác: Khoa Kỹ thuật – Công nghệ

Điện thoại: 0989100048 Email: tranhungcuong@hdu.edu.vn

2 Mục tiêu

- Xây dựng mô hình BBĐ MMC ba pha có 12SM trên mỗi pha phục vụ đào tạo và nghiên cứu khoa học cho giảng viên và sinh viên ngành Kỹ thuật điện

- Xây dựng được hệ thống mạch đo, mạch điều khiển cho BBĐ MMC có 12SM trong mỗi pha

- Thực hiện mô phỏng và thực nghiệm thuật toán điều chế NLM cải tiến cho bộ biến đổi đa mức MMC

3 Tính mới và sáng tạo

- Tạo ra mô hình BBĐ MMC phục vụ đào tạo, nghiên cứu khoa học về hướng phát triển mới về bộ biến đổi đa mức sử dụng trong hệ thống nguồn điện mặt trời công suất lớn

- Phát triển phương pháp điều chế mới là phương pháp NLM cải tiến để nâng cao hiệu quả hoạt động, cải thiện chất lượng điện năng của quá trình biến đổi điện năng DC/AC của BBĐ MMC

- Phát triển thuật toán NLM cải tiến với quy luật cho cấu hình MMC có thể

mở rộng số mức bất kỳ

4 Kết quả nghiên cứu

Nhóm tác giả đã tìm hiểu, phân tích cấu trúc của hệ thống bộ biến đổi MMC, phân tích phương pháp điều chế NLM cải tiến áp dụng cho bộ biến đổi MMC, áp dụng thuật toán cân băng điện áp tụ điện và xây dựng hệ thống thực nghiệm mạch lực bộ biến đổi MMC với cấu hình 12SM trên mỗi pha, xây dựng

hệ thống thực nghiệm các mạch điều khiển, mạch đo lường để kiểm chứng các kết quả mô phỏng so với thực tế, lập trình cho thiết bị vi điều khiển trung tâm FPGA để điều khiển các hoạt động của MMC với phương pháp đã đề xuất Sử dụng kết quả viết bài báo khoa học đăng trên tạp chí chuyên ngành

5 Sản phẩm của đề tài

 Sản phẩm khoa học:

- Báo cáo tổng kết đề tài;

- 01 bài báo đăng trên tạp chí chuyên ngành tính điểm ghi danh trường ĐH

Hồng Đức;

- 01 bài báo đăng trên tạp chí trường ĐH Hồng Đức;

 Sản phẩm nghiên cứu phục vụ đào tạo:

- Mô hình mô phỏng BBĐ MMC được áp dụng phương pháp điều chế NLM

- Hệ thống đo lường phục vụ điều khiển cho BBĐ MMC

- Mô hình thực nghiệm bộ biến đổi MMC sử dụng thuật toán điều chế

Khi mô hình được xây dựng thành công sẽ xây dựng tài liệu lý thuyết, hướng dẫn tính toán thiết kế hệ thống mạch lực, hệ thống điều khiển để các đối tượng quan tâm dễ dàng đọc và nghiên cứu, sau đó lưu tại phòng bộ môn Kỹ thuật điện – Điện tử để làm tài liệu phục vụ tham khảo cho các học phần như: điện tử công suất, thiết kế hệ thống điều khiển cho điện tử công suất

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu về bộ biến đổi MMC

Bộ biến đổi đa mức có cấu trúc MMC là bộ biến đổi (BBĐ) đa mức

DC-AC có đặc tính ưu việt như tính module hóa, cấu hình có thể mở rộng tạo ra số lượng lớn các mức điện áp với công suất khác nhau, có thể chuyển đổi với hiệu suất cao và tổn hao thấp mà không cần bộ lọc phía xoay chiều, điều này có được

là do cấu hình MMC mắc nối tiếp hàng loạt các Sub-module trong mỗi pha [3]

So với các BBĐ đa mức khác, chẳng hạn như: BBĐ diode kẹp; BBĐ tụ điện tự do; BBĐ cầu H nối tầng, ở mức điện áp cao BBĐ MMC có thể dễ dàng điều khiển hơn và tạo ra dạng sóng điện áp có chất lượng tốt hơn [4] Nhờ có nhiều

ưu điểm vượt trội và chỉ cần một nguồn DC duy nhất phía một chiều nên MMC phù hợp để áp dụng cho dải công suất lớn, điện áp cao, đây được xem là giải pháp cho các ứng dụng để kết nối các nguồn điện phân tán công suất lớn, điện áp cao, ứng dụng nổi bật nhất của MMC là sử dụng cho hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC với khoảng cách xa, ngoài ra MMC có thể ứng dụng cho các hệ thống điện từ trung áp đến cao áp như: truyền động điện trung áp; các hệ thống

bù tĩnh STATCOM và các hệ thống biến đổi điện năng trung áp và cao áp, hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS), hệ thống điện mặt trời, hệ thống điện sức gió BBĐ MMC có thể khắc phục được những nhược điểm của các BBĐ đa mức CHB, NPC như: cấu hình đơn giản, dễ dàng mở rộng theo yêu cầu trị số của điện

áp AC, điều khiển dễ dàng, linh hoạt trong thay thế và sửa chữa BBĐ MMC dựa trên những tiến bộ vượt bậc của công nghệ chế tạo các phần tử bán dẫn công suất

và các thiết bị xử lý số cực mạnh nên có độ tin cậy cao, tuổi thọ dài, cấu trúc đơn giản phù hợp với việc biến đổi các nguồn năng lượng MMC sử dụng các van bán dẫn hai chiều nên có thể tạo ra dòng điện, điện áp ra phía xoay chiều hình sin có tần số phù hợp với điện áp lưới, có khả năng áp dụng cho mọi dải công suất, từ trung áp đến cao áp

Với những đặc điểm như trên của bộ biến đổi MMC, phương pháp điều chế gần mức nhất NLM (Nearest – Level – Modulation) tỏ ra là một phương pháp điều chế phù hợp hơn so với các phương pháp điều chế truyền thống là điều chế

độ rộng xung hình sin – SPWM và phương pháp điều chế Vector không gian – SVM Phương pháp điều chế này đang được nghiên cứu và áp dụng trong nhiều nghiên cứu về bộ biến đổi cấu trúc module nói chung và bộ biến đổi MMC nói riêng

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Hiện nay ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu các BBĐ Điện tử công suất kết nối các nguồn điện và ứng dụng trong công nghiệp đã được nghiên cứu nhiều như: Bộ chỉnh lưu AC/DC; BBĐ AC/AC (biến đổi điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng không đổi thành điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng thay đổi được) [3]; BBĐ DC/DC (biến đổi điện áp một chiều có trị trung bình không thay đổi thành điện áp một chiều có trị trung bình thay đổi được); Bộ nghịch lưu DC/AC [3]; Bộ biến tần gián tiếp AC/DC/AC (chỉnh lưu điện áp xoay chiều ngõ vào sau đó chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều có trị hiệu dụng điện áp

và tần số thay đổi được) [1]; Bộ biến tần ma trận (Matrix Converter) [2] Trong tài liệu [5], là công trình nghiên cứu các thuật toán điều chế và điều khiển cho bộ biến đổi MMC và triển khai thực nghiệm cho MMC ở mức cơ bản Tuy nhiên, việc triển khai thực nghiệm thuật toán điều chế NLM kết hợp với phương pháp cân băng năng lượng cho MMC chưa được trình bày chi tiết và bài bản Đây là một vấn đề cần được quan tâm khai thác để khắc phục các vấn đề kỹ thuật thực hiện trong nghiên cứu bộ biến đổi MMC

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Cấu trúc BBĐ MMC đã được giới thiệu lần đầu từ những năm 2000 bởi Marquardt và Lesnicar [6] mục đích phát triển cấu hình về BBĐ đa mức cho hệ thống biến đổi điện năng công suất lớn, điện áp cao Trong hàng chục năm qua, BBĐ MMC được sự quan tâm đặc biệt của các nhà nghiên cứu nhằm tạo ra sản phẩm thương mại có tính năng tốt [7] Hiện nay, có nhiều các dự án nghiên cứu đánh giá điều khiển và nâng cao hiệu suất của MMC Các nghiên cứu cho MMC chủ yếu tập trung vào cấu trúc mạch lực, phương pháp mô hình hóa, thuật toán điều khiển cho MMC [5] Trong đề tài này, các tác giả sẽ tập trung vào việc nghiên cứu, tìm hiểu các thuật toán điều chế để từ đó áp dụng thuật toán điều chế

cụ thể là thuật toán điều chế gần mức nhất NLM cho bộ biến đổi MMC Các thuật toán điều chế có thể áp dụng cho bộ biến đổi MMC gồm có:

- Phương pháp điều chế NLM cho MMC: Phương pháp này tỏ ra rất phù hợp với BBĐ MMC khi số lượng SM ở mức lớn với tần số đóng cắt van thấp hơn nhiều so với các phương pháp khác, đây cũng là ưu điểm lớn nhất của phương pháp điều chế NLM Kết quả của phương pháp này đã cho thấy chất lượng điện

áp tốt với THD nhỏ khi số SM từ 10 SM trở lên, tần số đóng cắt các van bán dẫn

ở mức thấp [8] Tuy nhiên, nhược điểm trong phương pháp này là việc tự cân

3

bằng điện áp tụ của BBĐ gặp nhiều khó khăn, do đó cần phát triển phương pháp điều chế với thuật toán cân bằng điện áp tụ để đạt được sự hoạt động tốt và chuyển đổi năng lượng hiệu suất cao trong BBĐ [9] Vấn đề này làm gia tăng sự phức tạp của quá trình điều khiển BBĐ MMC

- Phương pháp điều chế PWM: Các phương pháp PWM áp dụng cho MMC có thể kể đến như PSPWM và LSPWM Ưu điểm chính của phương pháp này đó là quá trình điều chế đơn giản, dễ dàng cho BBĐ MMC Với phương pháp LSPWM

áp dụng cho MMC cần thêm thuật toán cân bằng điện áp tụ, trong khi PSPWM

áp dụng cho MMC không cần thuật toán cân bằng điện áp tụ điện mà MMC vẫn hoạt động tốt với điện áp các tụ điện được cân bằng [5] Nhược điểm chính của phương pháp PWM đó là các van bán dẫn phải đóng cắt ở tần số lớn, khi số mức điện áp lớn thì việc áp dụng phương pháp PWM cho MMC sẽ trở nên khó khăn

do việc sắp xếp các sóng mang tam giác sẽ phức tạp hơn [6]

- Phương pháp điều chế SVM: Đây là phương pháp điều chế cho chất lượng thông số phía xoay chiều tốt [10] Tuy nhiên, việc tính toán phức tạp là nhược điểm chính của phương pháp SVM khi áp dụng cho MMC, đặc biệt khi số mức của MMC là lớn

Các công trình nghiên cứu về BBĐ MMC đã được thực hiện trong nhiều năm qua Tuy nhiên, vẫn đang còn nhiều vấn đề tồn tại cần khắc phục của BBĐ MMC mà chưa có các nghiên cứu cụ thể như: thực hiện kỹ thuật điều chế đơn giản cho MMC với số mức bất kỳ trong trường hợp mở rộng cấu hình MMC với

số lượng SM không hạn chế; điều khiển hạn chế dòng điện vòng; điều khiển cân bằng điện áp tụ điện với phương pháp điều khiển đơn giản và phù hợp; triển khai các ứng dụng của MMC một cách hiệu quả bằng cách kết hợp các phương pháp điều chế và điều khiển nhằm mục đích đạt được hiệu quả chuyển đổi và hiệu suất cao trong hoạt động của MMC, Các kỹ thuật thực nghiệm về điều chế và điều khiển cho bộ biến đôie MMC…

1.3 Ứng dụng của bộ biến đổi MMC

Trong khoảng vài năm trở lại đây đã có sự phát triển đáng kể về cấu trúc nghịch lưu đa mức nói chung Về nguyên tắc làm việc nghịch lưu đa mức kiểu MMC có thể được ứng dụng cho các hệ thống công nghiệp như các bộ biến đổi

đa mức thông thường, với mục đích ứng dụng trong những trường hợp yêu cầu công suất lớn và điện áp cao trong nhiều các hệ thống khác trong hệ thống điện được thể hiện như hình 1.1 MMC được ứng dụng trong hệ thống điện sức gió, hệ thống điện mặt trời, điều khiển động cơ điện xoay chiều, hệ thống quạt gió, hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều HVDC, hệ thống UPS [11] Với nhiều ưu

điểm khi áp dụng cho hệ thống công suất lớn, thực tế đã có một số quốc gia đã áp dụng hệ thống HVDC như Itaipu, Brazil, Hoa kỳ [12] để truyền tải năng lượng điện cấp cho lưới điện xoay chiều tần số 50Hz hoặc 60Hz với công suất lên đến 12.600MW có khoảng cách hàng trăm km [13]

Hình 1.1 Một số ứng dụng của BBĐ đa mức trong thực tế (nguồn: [14])

1.4 Cấu trúc và hoạt động của bộ biến đổi MMC

1.4.1 Cấu trúc của bộ biến đổi MMC

Hình 1.2 Cấu trúc bộ biến đổi MMC

Cấu trúc BBĐ MMC được thể hiện như hình 1.2 gồm có ba pha, mỗi pha của BBĐ được tạo thành từ hai nhánh van gồm nhánh trên và nhánh dưới chứa số

lượng N các SM mắc nối tiếp nhau nằm dưới điện áp một chiều chung V DC Tính năng mở rộng dần cấu trúc bằng việc thêm các SM của MMC cho phép tăng khả

kể vào các hoạt động bình thường của MMC vì các dòng nhánh nội bộ được chảy

liên tục [16] Các tổn hao trong mỗi nhánh của MMC được mô tả bởi điện trở R o, điện trở này còn có tác dụng giúp tụ điện nạp điện tốt hơn và giảm thiểu tăng dòng quá độ trong mạch [17]

Điện áp một chiều đầu vào được cấp bởi một nguồn chung duy nhất V DC

(có thể là hệ thống acquy công suất lớn, nguồn điện PV) Tổng điện áp DC của mỗi nhánh MMC bằng tổng điện áp DC trên mỗi SM, nghĩa là mỗi SM sẽ chịu

mức điện áp V DC /N nếu có N là số SM trên mỗi nhánh pha Điện áp xoay chiều trên các pha là v x (x = a,b,c) thay đổi từng bước trong phạm vi của V DC /2 đến -

V DC /2 với mỗi bước điện áp là V DC /N Vì cấu trúc của MMC thực hiện theo cách

mắc nối tiếp một loạt các SM với nhau, do đó có thể tránh được sự phức tạp trong quá trình điều khiển đồng bộ các van [18] Đồng thời có thể giảm tổn thất của BBĐ xuống mức rất thấp Điều này có được là do tần số đóng cắt thấp trong các van của mỗi SM và điện áp lên chúng cũng ở mức thấp [19]

Khi hoạt động, mỗi SM sẽ thực hiện việc đóng cắt ở các thời điểm khác nhau do đó BBĐ có thể đạt được hiệu suất cao cũng như làm giảm độ méo sóng hài [20] Tùy thuộc vào cấu trúc của MMC, các SM có cấu tạo khác nhau [21] Cấu trúc phổ biến nhất của SM là sơ đồ nửa cầu H với phía DC chỉ gồm một tụ điện SM dạng nửa cầu H có ưu điểm là chỉ dùng một số ít nhất gồm hai khóa bán dẫn với chức năng đưa điện áp phía tụ DC ra phía AC Trong đề tài này chỉ

sử dụng cấu trúc SM dạng nửa cầu cho cấu hình MMC Cấu trúc SM dạng nửa

cầu cho điện áp đầu ra có hai mức là 0 hoặc V C (điện áp trên tụ điện của SM) tùy thuộc vào trạng thái tín hiệu đóng/cắt của cặp van bán dẫn IGBT S1 và S2 Số lượng các SM trong BBĐ MMC phụ thuộc vào yêu cầu về cấp điện áp ở phía xoay chiều cũng như công suất trao đổi từ phía một chiều sang phía xoay chiều

Về lý thuyết, số lượng SM có thể tăng lên không hạn chế nhằm đáp ứng với mọi yêu cầu về mức điện áp ở phía xoay chiều [18] So với các BBĐ đa mức CHB, NPC thì BBĐ MMC có các ưu điểm và nhược điểm như sau:

* Ưu điểm:

+ Có thể áp dụng cho hệ thống công suất lớn, điện áp cao

+ Tính khả dụng cao, điện áp đặt lên các van bán dẫn được chia nhỏ, vì vậy

có thể mở rộng tới hàng trăm mức điện áp, bằng cách thêm các SM vào mỗi pha BBĐ và dễ dàng trong việc sửa chữa và vận hành, vì vậy độ tin cậy của BBĐ thường cao hơn so với các BBĐ đa mức khác [22]

+ BBĐ có thể chịu được quá độ trong giới hạn cho phép khi có sóng quá độ lan truyền vào BBĐ, chi phí giá thành thấp hơn so với các BBĐ cùng cấp điện áp [23]

+ Đối với các ứng dụng nối lưới thì BBĐ MMC có khả năng bù công suất phản kháng, loại bỏ sóng hài, đồng thời cân bằng tải [11]

+ Hoạt động của hai phía một chiều và xoay chiều không cần bộ lọc đầu ra hay máy biến áp cách ly và thiết bị làm mát, do đó kích thước nhỏ gọn và giá thành hợp lý hơn so với các BBĐ cùng cấp điện áp [17]

* Nhược điểm:

+ Tồn tại dòng điện vòng móc vòng từ nhánh trên qua nhánh dưới trong mỗi pha, đây là nguyên nhân gây tổn thất điện năng và làm giảm giới hạn chịu đựng của các linh kiện bán dẫn [19]

+ Điều khiển phức tạp khi số mức điện áp tăng và số lượng SM lớn

+ Khi cấu trúc càng mở rộng thì số lượng SM tăng, khi đó số van bán dẫn cũng sẽ tăng lên dẫn đến chi phí của BBĐ sẽ cao

1.4.2 Nguyên lý tạo một mức điện áp của SM dạng nửa cầu

Hình 1.3 Trạng thái đóng cắt của S1 và S2: (a) và (b) Khi dòng điện có chiều

dương; (c) và (d) khi dòng điện có chiều âm

Để tạo điện áp đầu ra AC, bộ điều khiển sẽ phát tín hiệu bật hoặc tắt cho các IGBT của SM SM được chèn vào (insert) hoặc bỏ qua (bypass) dựa trên trạng thái của các van trong SM Cấu trúc của SM dạng nửa cầu có hai trạng thái chuyển đổi:

- S1 ở trạng thái ON và S2 ở trạng thái OFF

- S1 ở trạng thái OFF và S2 ở trạng thái ON

7

Hai khóa này không được phép bật cùng một lúc, bởi vì điện áp tụ điện sẽ được phóng hoàn toàn và sau đó nó sẽ trở thành không có tác dụng Bằng cách xem xét các trạng thái chuyển mạch, bốn trạng thái làm việc khác nhau có thể được thực hiện dựa trên các hướng dòng điện như hình 1.3

Các trạng thái đóng cắt được mô tả cụ thể trong bốn trường hợp như sau:

TH1: S1 được OFF S2 được ON (hình 1.3a) và dòng điện được quy ước

theo chiều dương Dòng điện i sẽ đi qua S2, V SM sẽ bằng không (điện áp tụ được giả định là không) và tụ điện được “bỏ qua” Trạng thái này gọi là trạng thái SM

bị “bypass"

TH2: S1 được ON và S2 được OFF (hình 1.3b) và dòng điện được quy

ước theo chiều dương Trong trường hợp này dòng điện i sẽ đi qua D1 và tụ điện

sẽ tích điện và V SM = V C Điện áp của nhánh được thiết lập trên SM và sẽ tăng lên một bước Trạng thái này gọi là trạng thái SM được “insert”

TH3: S1 được ON và S2 được OFF (hình 1.3c) và dòng điện được quy

ước theo chiều âm Trường hợp này dòng điện có chiều ngược lại Bộ điều khiển

sẽ bật S1 để kết nối các tụ điện với mạch và tăng điện áp nhánh lên một bước

Trong trạng thái này, các tụ điện được phóng và V SM = V C Trạng thái này SM được “insert”

TH4: S1 được OFF và S2 được ON (hình 1.3d) và dòng điện được quy

ước theo chiều âm Trong trạng thái này, D2 được bật và dòng điện sẽ đi qua nó

Các tụ điện sẽ được “ngắn mạch” và V SM = 0 Đây cũng là trạng thái SM được

1.4.3 Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi MMC

Trong hoạt động bình thường của MMC trong hình 1.1, tất cả các tụ điện

được tích điện đến giá trị định mức là V DC /N Để đạt được giá trị này, tài liệu [14]

đã đề xuất quy luật “insert” hoặc “bypass” các SM, trong đó mỗi SM của một nhánh được bật sẽ tắt số SM tương ương của nhánh còn lại sao cho trong một chu

kỳ làm việc luôn có N các SM được bật ở mỗi pha Các tụ điện được bật và tắt

bởi các xung điều khiển độc lập [24] Trong MMC, các tụ điện không đóng vai trò tích điện cho các nguồn điện chính mà được tích điện để phục vụ cho một mức điện áp có giá trị bằng 𝑉DC /N Khi tất cả các tụ điện đã được tích điện, bộ

điều khiển sẽ gửi tín hiệu để bật và tắt các SM để tạo ra điện áp AC từ một nguồn

DC hoặc ngược lại [17] Tại mỗi thời điểm lấy mẫu, chỉ một nửa trong tổng số

SM trong một pha là được bật (tức là N các SM được bật) Do đó, tổng số các tụ

điện làm việc nối từ nhánh trên và nhánh dưới cùng là bằng N tại mọi thời điểm

BBĐ MMC hoạt động dựa trên nguyên tắc cộng dồn điện áp được tạo ra bởi mỗi SM để tạo ra điện áp xoay chiều AC ở từng pha của các BBĐ Nếu có một SM được chèn vào ở nhánh dưới, nhưng không có SM nào ở nhánh trên bị

bỏ qua thì sẽ có N+1 các SM được chèn vào, khi đó điện áp trung bình sẽ là

V DC /(N+1), như vậy điện áp trung bình trên mỗi tụ được chèn vào đã bị thay đổi

Để tránh trường hợp này, bộ điều khiển sẽ tác động để có N các SM ở trên mỗi

pha được sử dụng để đạt được điện áp đầu ra mong muốn Do đó tổng điện áp đặt

lên tất cả các tụ (kể cả được chèn vào hay bỏ qua) là V DC Từ quá trình bật tắt của các SM nên điện áp trên phía xoay chiều AC luôn dao động trong các mức từ

–V DC /2 đến +V DC /2 với mỗi bước điện áp là V DC /N Để dễ dàng phân tích ta xem

như mỗi nhánh của MMC đại diện cho một nguồn điện áp điều khiển được Điện

áp AC tăng bằng cách tắt các SM ở nhánh trên đồng thời bật cùng lúc số SM tương ứng ở nhánh dưới Tuy nhiên, ở mỗi thời điểm chỉ tăng hoặc giảm một mức điện áp để có được dạng sóng điện áp bậc trơn tru

Trong chế độ vận hành bình thường, giá trị dòng điện đi qua mỗi nhánh BBĐ là một đại lượng xoay chiều và khác nhau đối với từng nhánh [18] Vì sự lệch pha giữa 3 dòng điện phía AC nên trạng thái xả và nạp của các tụ trên từng pha được thay đổi liên tục từ pha này sang pha khác Khi đó sẽ xuất hiện điện áp chênh lệch tức thời với các SM ở nhánh liền kề nếu điện áp trung bình trong cùng một chu kỳ là giống nhau Vì tổng số SM được chèn vào trong một nhánh là không đổi nên tổng điện áp trên một nhánh trong một chu kỳ là đại lượng dao động cùng tần số với phía xoay chiều Tuy nhiên đại lượng này dao động không đồng bộ ở các nhánh của BBĐ, tạo thành sự mất cân bằng điện áp giữa các điện

áp chèn vào ở từng nhánh gây ra xuất hiện dòng điện Dòng điện này chảy trong các nhánh của BBĐ và được gọi là dòng điện vòng Dòng điện vòng ít gây ra hiệu ứng bên ngoài cả phía AC lẫn DC Tuy nhiên, dòng điện vòng là nguyên nhân gây ra tổn thất của BBĐ [25] Chất lượng điều khiển của dòng điện vòng được thỏa mãn khi biên độ của nó có giá trị thấp và các thành phần sóng hài

9

trong dòng điện vòng được loại bỏ Trong hình 2.1, cuộn cảm L o trên mỗi nhánh

có vai trò làm giảm ảnh hưởng của dòng điện vòng

1.5 Vấn đề điều chế cho bộ biến đổi MMC

Hình 1.4 Tổng quan về các phương pháp điều chế cho bộ biến đổi đa mức [15]

Phương pháp điều chế và điều khiển cho các BBĐ đa mức luôn được quan tâm nghiên cứu trong nhiều năm qua, nhằm mục đích đạt hiệu quả truyền dẫn năng lượng điện tốt nhất, nâng cao độ tin cậy và tăng cường chất lượng các thông

số của BBĐ…[26] Hiện nay, việc sử dụng điều khiển bằng công nghệ số DSP, FPGA cho phép thực hiện các kỹ thuật điều khiển mới và tinh vi hơn so với các phương pháp điều khiển tuyến tính cổ điển, tạo ra sự linh hoạt cần thiết của BBĐ trong các ứng dụng thực tế Các phương pháp điều chế cho BBĐ đa mức như mô

tả ở hình 1.4, có thể chia thành hai nhóm lớn là thuật toán dựa trên điều chế SVM

và thuật toán dựa trên mức điện áp gồm: phương pháp PWM; phương pháp NLM Các tiêu chí để lựa chọn các kỹ thuật điều chế thích hợp vào cấu trúc, đặc điểm kỹ thuật khi thiết kế và khả năng ứng dụng của từng loại BBĐ Cả hai phương pháp trên đều được điều chế trong miền thời gian [27] Khi đánh giá về tổn thất, các phương pháp điều chế có tần số thấp được sử dụng nhiều hơn trong ứng dụng công suất cao vì có khả năng giảm tổn thất đóng cắt trong khi chất lượng điện áp đầu ra vẫn thỏa mãn yêu cầu, đạt hiệu quả cao hơn so với phương pháp có tần

số cao [15] Ngoài ra, các tiêu chí để lựa chọn còn được thực hiện dựa trên việc thực hiện đơn giản quá trình chuyển mạch và có thể phối hợp nhịp nhàng với các tiêu chí điều khiển khác

Khi áp dụng các phương pháp điều chế cho BBĐ MMC thì nhiệm vụ trọng tâm là xác định số lượng SM được chèn vào ở mỗi nhánh trong một thời điểm Trong quá trình điều chế, mỗi phương pháp điều chế có những đặc điểm riêng trong kỹ thuật thực hiện Phương pháp điều chế PWM có thể tạo ra N+1 mức điện áp [28] Trong khi đó phương pháp NLM có thể tạo ra 2N+1 mức điện

áp nhưng có cách thực thực hiện đơn giản với tần số đóng cắt thấp có thể áp dụng với số mức bất kỳ, để thực hiện phương pháp NLM cần có cách thức cân bằng điện áp trên tụ điện để tụ điện hoạt động ổn định [15] Phương pháp SVM áp dụng cho BBĐ đa mức thu được kết quả tốt với 2N+1 mức điện áp và được thực hiện dựa trên nguyên lý điều chế SVM cho máy điện xoay chiều ba pha [29] Khi

áp dụng cho BBĐ đa mức, phương pháp SVM sẽ lựa chọn các trạng thái vector điện áp sao cho đảm bảo quá trình chuyển mạch ít nhất và tối ưu về mặt sóng hài [30]

Đối với BBĐ đa mức MMC, phương pháp điều chế có tầm quan trọng rất lớn, vì nó sẽ ảnh hưởng đến sóng hài, kích thước bộ lọc, tổn hao chuyển mạch, và cách thiết kế điều khiển… Trong đề tàinày, các phương pháp điều chế NLM được phân tích áp dụng cho BBĐ MMC nhằm thực hiện quy luật biến đổi điện

áp một chiều sang xoay chiều với số mức không hạn chế và tạo ra sóng điện áp, dòng điện phía đầu ra có dạng sin đảm bảo được các yêu cầu của BBĐ ĐTCS Vì BBĐ MMC với số cấp điện áp lớn nên phương pháp điều chế NLM có thể tạo ra các bậc điện áp trơn tru với tần số đóng cắt thấp hơn so với các phương pháp điều chế khác, giúp nâng cao hiệu suất chuyển đổi của hệ thống

1.6 Kết luận

Trong công nghiệp và các hệ thống chuyển đổi điện năng công suất lớn, thì bộ biến đổi đa mức là một thiết bị rất quan trọng để nâng cao khả năng truyền dẫn và biến đổi điện năng phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau Bộ biến đổi MMC đã khắc phục được các nhược điểm của các bộ biến đổi đa mức khác khi làm việc ở dải công suất lớn và điện áp cao Các thuật toán điều chế, điều khiển được áp dụng thành công cho bộ biến đổi MMC là một tiền đề quan trọng để có thể hiện thực hóa được thiết bị áp dụng trong thực tế để nâng cao hiệu quả về kinh tế và kỹ thuật đáp ứng được các yêu cầu cao về công việc

11

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU CHẾ NLM CẢI TIẾN CHO

BỘ BIẾN ĐỔI MMC

2.1 Mô hình trạng thái liên tục của BBĐ MMC khi nối tải R-L

Cấu trúc mạch lực một pha của BBĐ MMC nối tải R-L được thể hiện như

hình 2.1, bao gồm 2N các SM Trong sơ đồ hình 2.1, mỗi pha có 2N các SM, V DC

và i DC là điện áp và dòng điện ở phía DC của BBĐ; i Hx và i Lx (x = A,B,C) lần lượt

là dòng điện nhánh trên và nhánh dưới mỗi pha của BBĐ; V Hx và V Lx lần lượt là

tổng điện áp của các SM ở nhánh trên và nhánh dưới mỗi pha của BBĐ; v ex và i x

là điện áp và dòng điện ở phía AC của BBĐ

V DC /2

V DC /2

+ _

v Hx

v Lx + _

V C

+ _

Trong điều kiện lý tưởng ta coi điện áp trên các tụ điện của SM có giá trị

như nhau, khi đó giá trị điện áp trên mỗi tụ là V DC /N, từ đây ta xem tất cả các SM

trong mỗi nhánh như một nguồn điện áp tương đương duy nhất Khi đó mô hình

sẽ dễ dàng hơn cho việc phân tích và mô phỏng

Giả sử điện áp các SM được cân bằng ở giá trị định mức và số SM trên

mỗi nhánh là N, nếu ký hiệu k Hx , k Lx là chỉ số chèn của SM ở nhánh trên và nhánh dưới mỗi pha được chèn vào (được điều khiển ON) Khi đó sơ đồ thay thế hình 2.1 của MMC được thể hiện bằng cấu trúc mô hình trung bình như hình 2.2

v Hx

L o

+_

Hình 2.2 Cấu trúc mô hình trung bình của BBĐ MMC

Chiều dòng điện các nhánh i Hx và i Lx được thể hiện trong hình 2.2 Theo

định luật Kirchhoff 1, dòng điện phía xoay chiều được mô tả như phương trình (2.1):

x Hx Lx

i i i Equation Chapter 2 Section 1(2.1)

Từ hình 2.1, mối quan hệ giữa điện áp phía xoay chiều AC và các dòng điện nhánh trên và nhánh dưới mỗi pha của BBĐ được biểu diễn bởi phương trình (2.2) và (2.3):

12

Như vậy sức điện động xoay chiều của MMC chưa kể đến sụt áp trên L o

và R o được viết như (2.5):

12

13

Trong đó: V C = V DC /N là điện áp bậc thang trên mỗi tụ của SM với giả

thiết điện áp trên mỗi tụ đều bằng nhau

Điện dung mỗi nhánh của MMC được tính theo công thức (2.7):

SM Hx

Hx SM Lx

Lx

C C

N k C C

Khi dòng điện nhánh chạy qua các tụ điện, quá trình động học điện áp trên

tụ được mô tả như (2.8):

Hx Hx Hx

Lx Lx Lx

Số mức điện áp của mỗi nhánh trên và mỗi nhánh dưới là N+1 Từ (2.5)

và (2.6) bậc thang điện áp đầu ra sẽ có mức thể hiện như phương trình (2.9):

v  k k V k V k k k (2.10)

Từ đây có thể thấy sơ đồ MMC tương đương với một nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng với 2N+1 mức điện áp trên đầu ra Số mức điện áp đầu ra của BBĐ theo số SM nhánh trên và nhánh dưới chèn vào như bảng 2.1 và số mức điện áp trên đầu ra là 2N+1

Bảng 2.1 Số mức điện áp trên đầu ra của NVL cải tiến

k M = k L - k H N -N+1 -N+2 … 0 … N-2 N-1 N

VC

T/2

Hình 2.3 Đồ thị mô tả sự tạo thành điện áp đầu ra của MMC khi áp dụng

phương pháp điều chế NLM cải tiến

Theo bảng 2.1 để tạo ra mức điện áp k M , các mức tương ứng của k H , k L

Trừ hai phương trình (2.2) và (2.3) ta thấy mối quan hệ của điện áp một

chiều V DC với các đại lượng xoay chiều như (2.12):

2.2 Mô hình MMC trong phương điều chế mức gần nhất NLM

Theo tài liệu [31], NLM là phương pháp điều chế đặc biệt phù hợp với cấu trúc MMC có số lượng SM lớn để tạo ra điện áp có chất lượng cao Ưu điểm của

15

phương pháp này là quá trình thực hiện đơn giản không cần tính toán phức tạp, giảm được tổn hao sóng hài với tần số chuyển mạch van thấp Khi MMC có số lượng SM thấp thì phương pháp NLM tạo ra dạng sóng chất lượng kém hơn so với một số phương pháp PWM

0

t 1 t 2 t 3

v ref

v step VDC

Hình 2.4 Tín hiệu điện áp ra và điện áp đặt của phương pháp điều chế NLM

Ý tưởng chính của phương pháp NLM là chia đều điện áp V DC đầu vào cho các tụ điện của SM trong BBĐ và sắp xếp các mức điện áp này bám theo thành phần điện áp đặt mong muốn như hình 2.4 Thuật toán NLM sẽ tính toán thông qua phép tính làm tròn để lấy số nguyên là số lượng SM cần thiết cần phải chèn vào sau đó được kết hợp với phương pháp cân bằng điện áp tụ điện để tạo ra mức điện áp mong muốn ở đầu ra

Trên hình 2.4, thành phần điện áp v ref được biểu diễn dưới dạng hàm số như ở phương trình (2.15) [30]:

cos( t)2

Trong đó, m(0 m 1)là hệ số điều chế

Nguyên lý của phương pháp NLM cho MMC dựa trên cơ sở việc xác định

số SM trong một thời điểm được chèn vào Trong hình 2.4 thể hiện việc tạo điện

áp ra phía xoay chiều theo phương pháp NLM Với v ref là điện áp ra mong muốn

và điện áp bậc thang đầu ra theo phương pháp NLM Tại thời điểm t 1, để tạo

được điện áp v step bám v ref thì cần hai bậc điện áp v step (v step = 2V C ), với V C là điện

áp của mỗi SM, nghĩa là cần 2 SM chèn vào trong nhánh Tại thời điểm t 2 thì cần

3 SM chèn vào tương ứng với 3 bậc điện áp (v step

= 3V C) Tương tự, ở thời điểm

t 3 cần có 4 SM chèn vào để tạo được bốn bậc điện áp điện áp v step = 4V C Để khắc

phục những vấn đề của dao động điện áp tụ điện trên SM khi sử dụng phương

pháp điều chế NLM cần thêm kỹ thuật cân bằng điện áp tụ điện

CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHẾ NLM CHO BỘ BIẾN ĐỔI MMC

3.1 Điều chế NLM cổ điển cho MMC

Cân bằng điện

cắt IGBT

Số mức N

Hình 3.1 Sơ đồ phương pháp NLM cổ điển

Hình 3.1 minh họa nguyên lý hoạt động của phương pháp NLM cổ điển cho BBĐ MMC Số SM được bật của nhánh trên và nhánh dưới trong một pha của BBĐ được tính toán thông qua hàm làm tròn 0,5 như (3.1) [31]:

C

DC L

C

V

V V

Tổng số SM làm việc của một pha trong một chu kỳ là N = N H +N L

Trong đó N H , N L là số SM được bật ở nhánh trên và nhánh dưới Ý nghĩa hàm

làm tròn round 0,5 (x) là giá trị thực x được làm tròn tới giá trị số nguyên gần nhất tùy thuộc vào phần thập phân của x Nếu phần thập phân của x lớn hơn 0,5 thì x được làm tròn lên giá trị nguyên tiếp theo, trường hợp ngược lại thì x được làm

tròn xuống giá trị nguyên liền trước Để hiểu nguyên lý hoạt động của phương

pháp NLM cổ điển, ta sử dụng hai trường hợp t 1 tới t 2 và t 2 tới t 3 trong hình 3.2 [31]

-V DC /2

V C /2

T/2

T/2 t

t

t 1 t 2 t 3

Hình 3.2 Nguyên lý của phương pháp NLM cổ điển

17

Giả sử step

v MV trong trường hợp thứ nhất (từ t1 tới t2), các giá trị đặt

của điện áp nhánh và điện áp đầu ra tại t = t 1 được xác định như (3.2):

v là V C Bởi vì giới hạn làm tròn điện áp một chiều là 0,5 V C, số mức tối đa

của điện áp đầu ra AC là (V DC /V C )+1=N+1 Sai lệch lớn nhất giữa ref

e

e v

xuất hiện tại thời điểm thay đổi bước (t1, t2 và t3) So sánh các phương trình trong

(3.3) hoặc (3.4) và (3.5) thấy rõ sai lệch tối đa là 0,5V C

3.2 Điều chế NLM cải tiến cho MMC

Như đã phân tích ở phía trên, phương pháp NLM cổ điển tạo ra dạng sóng

N+1 mức Vì vậy, trong trường hợp BBĐ MMC với số lượng SM nhỏ, tổng độ

méo sóng hài (THD) của điện áp đầu ra có xu hướng tăng lên Để cải thiện chất lượng điện áp đầu ra, phương pháp NLM cải tiến được sử dụng để tăng số mức của điện áp đầu ra của MMC lên đến 2N+1 trong điều kiện cùng số SM Sơ đồ

cấu trúc quá trình thực hiện phương pháp điều chế NLM cải tiến cho MMC được

Cân bằng điện

cắt IGBT

Số mức N

Hình 3.3 Sơ đồ phương pháp NLM cải tiến

Hình 3.3 minh họa nguyên lý hoạt động của phương pháp NLM cải tiến cho biến đổi MMC với 10 SM trên mỗi nhánh [31] Điểm khác biệt giữa phương pháp cổ điển và phương pháp cải tiến nằm ở hàm làm tròn, khi đó thời điểm thay đổi bước của step

L

H

v của hai phương pháp không giống nhau và kích thước

các bậc thang của NLM cải tiến giảm xuống còn 0,25V C, sự khác biệt nhỏ này là nguyên nhân cơ bản làm tăng số mức

Vì vậy, để thay đổi thời điểm chuyển bước của điện áp nhánh trên và nhánh dưới, số lượng SM thêm vào được cải biến như (3.6):

1 cos( )2

DC L

C

DC H

C

V

V V

pháp NLM cổ điển, quá trình phân tích phương pháp NLM cải tiến ta xét hai khoảng thời gian từ t1 đến t2, từ t2 đến t3 ở hình 3.4

Hình 3.4 Nguyên lý của phương pháp NLM cải tiến

Trường hợp thứ nhất là khoảng thời gian từ t1 đến t2 Giả sử step

Trường hợp thứ hai là từ t2 tới t3 Giá trị đặt của điện áp nhánh và điện áp

AC tại t2 được xác định bởi (3.9):

So sánh (3.8) và (3.10), có thể thấy rằng kích thước của bước trong v e là

0,5V C Sai lệch lớn nhất giữa ref

e

e

v xuất hiện tại thời điểm thay đổi bước (t1,

t2 và t3) So sánh các phương trình trong (3.8) hoặc (3.9) và (3.10) ta thấy rõ sai

lệch tối đa là 0,25V C So sánh với phương pháp NLM cổ điển, phương pháp cải tiến tạo ra điện áp với số mức gần gấp đôi Điều đó dẫn tới việc triệt tiêu đáng kể

sóng hài của điện áp đầu ra và nhiễu gây ra bởi dv/dt Với phương pháp NLM cổ

điển, theo công thức (3.3) và (3.5) thì tổng của step

L

v vàv H step luôn luôn bằng NV C

Nói cách khác, tổng số SM được đưa vào luôn luôn là N Tuy nhiên, với phương

pháp NLM cải tiến thì tổng của step

Bảng 3.1 Kết quả so sánh giữa hai phương pháp NLM cổ điển và NLM cải tiến

1 Sử dụng hàm làm tròn 0,5 Sử dụng hàm làm tròn 0,25

2 Tổng số SM của mỗi nhánh là N Tổng số SM của mỗi nhánh là N

3 Số SM được chèn vào một pha

trong một thời điểm là N

Số SM được chèn vào một pha trong một thời điểm là N+1

4 Tạo ra mức điện áp là N+1 Tạo ra mức điện áp là 2N+1

5 Kích thước của bước trong step

e v

3.3 Thuật toán cân bằng điện áp trên các tụ của MMC

Cân bằng điện áp giữa các tụ có vai trò rất quan trọng trong hoạt động của MMC vì mất cân bằng điện áp tụ điện sẽ làm suy giảm chất lượng sóng hài điện

áp đầu ra nghịch lưu Mất cân bằng điện áp một chiều sẽ làm suy giảm chất lượng sóng hài điện áp đầu ra MMC và điều này là không thể chấp nhận được

Để phát hiện sự mất cân bằng điện áp trên tụ điện cần so sánh chúng với giá trị trung bình của điện áp trên các tụ trong một nhánh Khi điện áp của tụ lớn hơn giá trị trung bình ở một ngưỡng nào đó ta sẽ cần cho tụ phóng điện, khi nhỏ hơn

sẽ cần cho tụ nạp điện Có nhiều phương pháp đề xuất trong tài liệu [17] Tuy nhiên, việc áp dụng chúng thường đòi hỏi phải hiệu chỉnh lượng đặt điện áp ở nhánh trên, nhánh dưới của mỗi pha và điều này rất phức tạp trong các phương