NGHIÊN cứu PHƯƠNG PHÁP điều KHIỂN bộ NGHỊCH lưu đa bậc GIẢM số KHÓA CÔNG SUẤT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM LƯƠNG TRẦN NGHĨA NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA CÔNG SUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số ngành: 60 52 50 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2012 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG Cán bộ chấm nhận xét 1 : Cán bộ chấm nhận xét 2 : Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM ngày . . tháng . . . năm . . . Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. 2. 3. 4. 5. Xác nh Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Khoa quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP. HCM, ngày … tháng… 20 NHIỆ M VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LƯƠNG TRẦN NGHĨA Ngày, tháng năm sinh: 24 / 09 / 1986 Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Giới tính: Nam Nơi sinh: CÀ MAU MSHV: 1081031018 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA CÔNG SUẤT II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Giới thiệu nghịch lưu đa bậc và ứng dụng 2. Trình bày cấu trúc nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất và phương pháp điều khiển 3. Mô phỏng bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất bằng matlab/simulink 4. Đánh giá và kết luận III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/09/2011 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/03/2012. V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện luận văn Lương Trần Nghĩa LỜI CẢM ƠN Xin gởi lời cám ơn chân thành nhất đến PGS.TS Phan Quốc Dũng đã nhiệt tình hướng dẫn tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Xin chân thành gửi lời cám ơn đến toàn thể quý thầy cô trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt cho tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Xin cám ơn các anh chị em lớp 10SMĐ ngành Thiết Bị Mạng Và Nhà Máy Điện đã chia sẻ, hỗ trợ, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập vừa qua. Cuối cùng, nhưng quan trọng nhất, xin gửi lời cám ơn đến các thành viên trong gia đình cùng bạn bè đã động viên, khích lệ, hỗ trợ cách này hay cách khác cho công việc học tập của tôi. Xin chân thành cảm ơn! Học viên thực hiện Lương Trần Nghĩa i TÓM TẮT ĐỀ TÀI Để khắc phục những nhược điểm của phương pháp SHE, hai bài báo [15] & [16] đã đưa ra một phương pháp đơn giản trực tiếp xác định góc kích, bằng hai cách khác nhau, áp dụng tính góc kích cho bộ nghịch lưu đa bậc dạng cascaded. Hai phương pháp này làm giảm số lượng tính toán cần thiết, không giải các phương trình phi tuyến, chỉ tính toán một số hàm lượng giác. Trong luận văn này, chỉ tập trung phâp tích, cải tiến hai phương pháp trong [15] &[16] để áp dụng tính góc kích cho bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất trong [3]. Bài báo [3] đã giới thiệu một cấu trúc mới về bộ nghịch lưu đa bậc đó là cấu trúc giảm số khóa công suất hơn so với cấu trúc truyền thống cùng số bậc điều chế, bài báo này chỉ xây dựng bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa mà không đề cập đến phương pháp điều khiển nên Luận văn đề xuất một phương pháp điều khiển mới (rút ra từ [15] & [16]) cho bộ nghịch lưu này. Nó được kiểm chứng bằng mô phỏng trong matlab/simulink. Tuy nhiên còn một số hạn chế, chỉ giảm số khóa hơn cấu trúc truyền thống khi số bậc lớn hơn 7, số bậc điều chế được phụ thuộc vào số khóa trên mỗi unit và số unit trong một bộ. ii ABSTRACT To overcome the disadvantages of the SHE method, two papers [15] & [16] gave a simple method directly determines conducting angle, for two different ways to apply determines conducting angle in inverters cascaded. These methods reduce the amount of computation required, not solving nonlinear equations, calculating only some trigonometric functions. In this analysis focused measures, improvements in the two methods [15] & [16] to apply determines conducting angle for multi-level inverter With Reduced Number of Switches [3]. The paper [3] has introduced a new structure of multi-level inverters are key structures reduce capacity than traditional structure with some degree of modulation, this paper only inverter multi-building reduce the number of key steps that do not mention the method should control thesis proposes a new control methods (drawn from [15] & [16]) for this inverter. It is verified by simulation in matlab / simulink. But there are some limitations, only reduce the number of courses than the traditional structure of rank greater than 7 degrees of modulation depends on the number keys on each unit and the unit in a set. iii MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỀ TÀI i ABSTRACT ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN …………… 3 1.1 Giới thiệu sơ lược về bộ nghịch lưu đa bậc 3 1.2 Một số cấu trúc phổ biến của bộ nghịch lưu đa bậc 4 1.2.1 Bộ nghịch lưu đa bậc dạng diode kèm (Diode-clamped multilevel converters) 4 1.2.2 Bộ nghịch lưu đa bậc dạng tụ kèm (Flying capacitor multilevel converters) 6 1.2.3 Bộ nghịch lưu đa bậc dạng cascaded (cascaded multilevel converters) 7 1.3 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu đa bậc 9 1.3.1 Phương pháp sóng mang (multilevel carrier-based PWM) 9 1.3.2 Phương pháp vector không gian (multilevel space vector PWM) 12 1.3.3 Phương pháp khử sóng hài chọn lọc (Selective Harmonic elimination) 14 1.4 Một số ứng dụng của bộ nghịch lưu đa bậc trong thực tế 16 Chương 2: PHÂN TÍCH CẤU TRÚC BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 19 2.1 Cấu trúc bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa 19 iv 2.1.1 Cấu trúc cơ bản ghép các khóa 19 2.1.2 So sánh cấu trúc giảm số khóa với cấu trúc khác 22 2.1.3 Một số cấu trúc tối ưu 27 2.1.4 Cấu trúc tối ưu cho giảm số khóa và kết luận 31 2.2 Phương pháp điều khiển 32 2.2.1 Phương pháp on-line xác định góc kích cho multilevel cascaded inverter 32 2.2.2 Phương pháp Kang [16] 45 2.2.3 Phương pháp cải tiến cho bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa 54 2.2.3.1 Phương pháp on-line cải tiến cho bộ nghịch lưu giảm số khóa 54 2.2.3.2 Phương pháp Kang cải tiến cho bộ nghịch lưu giảm số khóa 57 2.2.4 So sánh phương pháp online và phương pháp Kang điều kiển cho bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa 60 Chương 3: MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA CÔNG SUẤT BẰNG MATLAB/SIMULINK……………………………………………69 A - XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB/SIMULINK 69 B - CHẠY MÔ HÌNH MÔ PHỎNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ONLINE CẢI TIẾN 75 3.1 Mô phỏng bộ nghịch lưu đa bậc giảm khóa công suất 75 3.2 Khảo sát và đánh giá kết quả mô phỏng 83 Chương 4: KẾT LUẬN 85 Kết quả đạt được và hướng phát triển Tài liệu tham khảo………………………………………………………………….88 [...]... số khóa Ở đề tài này ta nghiên cứu phương pháp điều khiển cho bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất, do ưu điểm cấu trúc bộ nghịch lưu trong [3] số bậc cao nhưng số khóa công suất tương ứng thấp, mục đích luận văn là điều chế số b ậc lớn n ên cần sử d ụ n gmộ t phương pháp đơn giản để xác định góc điều khiển các khóa công suất Hai phương pháp được giới thiệu ở trên rất phù hợp cho việc điều khiển. .. điều khiển bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa đóng ngắt đây cũng là tên đề tài tôi sẽ thực hiện Đề tài tập chung nghiên cứu ba nội dung chính: Thứ nhất tìm hiểu tổng quan về cấu trúc và phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu đa bậc đã được ứng dụng 2 nhiều trong thực tiễn, thứ hai là phân tích, nghiên cứu về bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất, thứ ba là nghiên cứu 2 phương pháp điều khiển trong... ứng dụng cho bộ nghịch lưu giảm số khóa công suất Nghịch lưu đa bậc được chấp nhận để thay thế nghịch lưu áp hai bậc cho ứng dụng công suất lớn và điện áp cao Với cấu tạo đa bậc, điện áp ngõ ra được tăng lên tổn hao chuyển mạch linh kiện giảm và họa tần ngõ ra được cải thiện đáng kể Bài viết này giới thiệu một phương pháp điều khiển mới cho cấu trúc nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất [3], với... 23 bậc, THD = 9.953% có xét đến hài bội ba .81 Hình 3.11: Mô phỏng bộ nghịch lưu 25 bậc, THD = 9.633% có xét đến hài bội ba 82 Hình 3.12: Mô phỏng bộ nghịch lưu 41 bậc, THD = 8.927% có xét đến hài bội ba 82 Hình 3.13: Mô phỏng bộ nghịch lưu 43 bậc, THD = 8.349% có xét đến hài bội ba 83 NGHIÊN C ỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA CÔNG SUẤT RESEARCH METHODS CONTROL OF MULTILEVEL... điểm điều Mô phỏng bộ nghịch lưu đa bậc chế được số bậc lớn cascade giảm số khóa, theo cấc trúc tối ưu vế Bảng 2: Bảng đóng cắt IGBT cho số lượng khóa công suất ở hình 6, mỗi unit cần bộ nghịch 3 nguồn lưu giảm số khóa: Switch states dc và 3 khóa công su hai chiều Ứng V0 dụng S1 S2 … S9 T1 T phương pháp điều khiển cải tiến cho 3 bộ nghịch -26Vdc … 1 0 1 lưu trên, đạt được kết quả khả quan … tổng số độ... hài tương đối thấp, lợi thế là số bậc cao giảm độ méo dạng, sóng áp ra gần sin hơn Cuối cùng, phương pháp đề nghị ứng dụng điều khiển cho bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất Vì nó có một số ưu điểm nh ư: 1- Giảm được số linh kiện điện tử công suất, đây là đặc điểm quan trọng giảm giá thành sản xuất, 2- điều chế ra nhiều bậc với số khóa thấp, ưu điểm này đồng thời giảm độ méo dạng họa tần và sóng... một phương pháp điều khiển mới cho cấu trúc nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất [3], với cách tiếp cận trực tiếp để xác định góc kích, điều khiển trạng thái đóng cắt các khóa công suất trong bộ nghịch lưu giảm số khóa Đặc điểm của cấu trúc này là cấu tạo đơn giản, có cấu trúc dạng cell liên kết với nhau, tránh được vấn đề cân bằng áp tụ, tuy nhiên cần nhiều nguồn dc độc lập và khi muốn tăng số bậc. .. với bộ điều khiển chuyển mạch - Ưu điểm của bộ nghịch lưu đa bậc: công suất bộ nghịch lưu áp tăng lên; điện áp đặt lên các linh kiện giảm xuống nên công suất tổn hao do qua trình đóng cắt của 4 linh kiện cũng giảm theo; với cùng tần số đóng cắt, các thành phần sóng hài bậc cao của điện áp ra giảm nhỏ hơn so với trường hợp nghịch lưu áp hai bậc - Nhược điểm cần nhiều linh kiện trong lắp đặt và điều khiển. .. phương pháp điều khiển mới (rút ra từ [4]) cho bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất Được kiểm chứng bằng mô phỏng trong matlab/simulink Tuy nhiên còn một số hạn chế, chỉ giảm số khóa hơn cấu trúc truyền thống khi số bậc lớn hơn 7, không điều chế ra số bậc bất kỳ, số bậc điều chế được phụ thuộc vào số khóa trên mỗi unit và số unit trong một bộ ABSTRACT For calculation of conducting angles for the... nghiên cứu về bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa cồng suất, thứ ba là nghiên cứu 2 phương pháp điều khiển trong [4] & [5] để ứng dụng cho bộ nghịch lưu giảm số khóa công suất Hình 1: Một vài phương pháp bố trí khóa hai chiều • Trong hình 1 (a) ều khiển dễ dàng, nhưng trạng thái ON bị sụt áp cao, nó bằng tổng điện áp sụt trên hai điốt và một IGBT • Trong hình 1 (b) làm giảm sự sụt áp ở trạng thái ON, . cho bộ nghịch lưu giảm số khóa 57 2.2.4 So sánh phương pháp online và phương pháp Kang điều kiển cho bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa 60 Chương 3: MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA CÔNG SUẤT. về bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khóa cồng suất, thứ ba là nghiên cứu 2 phương pháp điều khiển trong [4] & [5] để ứng dụng cho bộ nghịch lưu giảm số khóa công suất. Hình 1: Một vài phương pháp. TÀI: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA CÔNG SUẤT II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Giới thiệu nghịch lưu đa bậc và ứng dụng 2. Trình bày cấu trúc nghịch lưu đa bậc