Cân bằng điện áp DC link cho bộ nghịch lưu NPC đa bậc

Trang - vi - LỜI CM T Em xin bày t lòng bit n sơu sc đn thầy PGS.TS. Nguyn Văn Nh, ging viên hng dn em th ực hin lun văn, đa ̃ ta ̣ o điêu kiê ̣ n thuơ ̣ n l ̣ i va  h  ng dơ ̃ n tơ ̣ n tố  nh, đnh hng và nhc nh kp thi trong th  i gian qua đê ̉ em hoa  n tha  nh đ tài này. Em xin chân thành cm n quỦ thầy cô trng Đi hc S phm Kỹ thut thành ph Hồ Chí Minh đƣ cung cp cho em nhng kin thc quý báu làm nn tng cho nhng nghiên cu đ hoƠn thƠnh lun văn. Em xin chân thành gi li cm n đn quý thầy cô trng Đi hc Bách Khoa thành ph Hồ Chí Minh đƣ to điu kin v c s vt cht, phòng thí nghim đ em trin khai đ tài trong sut thi gian qua. Tôi chân thành cm n ca  c anh em trong pho  ng thố  nghiê ̣ m , bn bè trong l  p đa ̃ cu  ng nghiên c  u vƠ giu  p đ ̃ tôi nhiêu trong qua  trố  nh th ̣ c hiê ̣ n đê ta  i. TP. Hồ Chí Minh, ngƠy 28 tháng 8 năm 2012 Hc viên thực hin Võ Xuân Nam Trang - vii - TÓM TẮT Các b nghch lu NPC (Neutral Point Clamped Converter) thng xy ra hin tng mt cân bng đin áp trên các t nguồn, còn gi là sự xut hin các dao đng đin áp tần s thp ti đim DC-Link. Vn đ này nh hng xu đn cht lng đin năng  ngõ ra ca b nghch lu. Ni dung chính ca đ tài là cân bng đin áp trên t ca b nghch lu NPC ba bc, ba pha. Kỹ thut điu khin cân bng áp t đc trình bƠy trong đ tƠi nƠy đƣ đt đc yêu cầu v vic loi b các dao đng tần s thp ca đin áp t đin. Kỹ thut điu khin cân bng áp t này dựa trên kỹ thut điu ch CPWM (Carrier-based Pulse With Modulator). Tuy nhiên, đ áp t cân bng nhanh vƠ đ lch áp sau cân bng nh khi thay đổi các thông s nh đin dung t, ch s điu ch, thông s ti cần phi có b bù offset. Đ tài còn kho sát các yu t nh hng đn vn đ cân bng áp t sau khi áp dng phng pháp cơn bng nh lƠ: ch s điu ch, h s công sut ti đn áp t, biên đ ca b gii hn đin áp offset. Kho sát sự nh hng ca biên đ hàm offset đn thi gian cân bng áp t vƠ đ ln ca đin áp dao đng trên t sau cân bng. Đồng thi, đ tài trình bày giá tr ti u ca biên đ hàm offset vi bn trng hp ca ch s điu ch cùng vi các giá tr khác nhau ca h s công sut. Trang - viii - ABSTRACT This thesis presents a control method for balancing the capacitor voltage of three-level Neutral-Point-Clamped (NPC) converters. This control method overcomes one of the main problems of this converter, which is the low frequency voltage oscillation that appears in the neutral point. The algorithm is based on a carrier-based Pulse Width Modulation (CPWM). Studying a offset voltage to have optimal results in relation to power factor and modulation index is a matter of concern. This thesis presents the optimal value of offset voltage in different modulation indexs and power factors. It shows the influence of power factor, modulation index on the balancing time and the capcitor voltage deviation. Trang - ix - MỤC LỤC Nội dung Trang QUYT ĐNH GIAO Đ TÀI ii Lụ LCH KHOA HC iii LI CAM ĐOAN v LI CM T vi TịM TT vii MC LC ix DANH SÁCH CÁC CH VIT TT xii DANH SÁCH CÁC BNG xiii DANH SÁCH CÁC HÌNH xiv Chng 1 TỌ ̉ NG QUAN 1 1.1 Tổng quan chung v nghch lu NPC, các kt qu nghiên cu trong vƠ ngoƠi nc đƣ công b 1 1.1.1 Tổng quan 1 1.1.2 Các kt qu nghiên cu đƣ công bô 3 1.2 Mc đích ca đ tƠi. 5 1.3 Nhim v ca đ tƠi vƠ gii hn đ tƠi. 5 1.3.1 Nhiê ̣ m vu ̣ 5 1.3.2 Gi  i ha ̣ n 5 1.4 Phng pháp nghiên cu. 6 Trang - x - Chng 2 C S ̉ LY  THUYể  T 7 2.1. Mt s b nghch lu truyn thng 7 2.1.1. B nghch lu 1 nhánh (single leg Inverter) 7 2.1.2 B nghch lu cầu 1 pha (H ậ Bridge) 10 2.1.3. B nghch lu áp 3 pha 2 bc đn gin 12 2.1.3.1 Phân tích mch 12 2.1.3.2 Đin áp ngõ ra thay đổi tuyn tính theo tính hiu điu khin 13 2.1.4. B nghch lu áp NPC ba bc 14 2.1.5. Nhn xét 15 2.2. Các phng pháp điu ch đ rng xung 16 2.2.1. Phng pháp điu ch đ rng xung sin SPWM 17 2.2.2. Phng pháp điu ch đ rng xung ci bin SFO-PWM 21 Chng 3 KHO SÁT VN Đ MT CỂN BNG ĐIN ÁP T 25 3.1 Hin tng mt cơn bng áp t 25 3.2 Nguyên nhơn mt cơn bng đin áp t 27 3.3 Các trng thái kt ni ngõ ra có nh hng đn dòng NP 31 Chng 4 PHNG PHÁP CỂN BNG ĐIN ÁP T 35 4.1 Phng pháp cơn bng đin áp t 35 4.2 Mô hình ca b nghch lu có áp dng gii thut cơn bng 44 4.2.1 Khi to các đin áp v a , v b ,v c 44 4.2.2 Khi to các tín hiu v xp và v xn 44 4.2.3 Khi to các đin áp offset 45 4.2.4 Khi to chui xung kích 48 4.3 Kt qu khi áp dng gii phng pháp cơn bng đin áp t 50 Trang - xi - Chng 5 CÁC THỌNG S NH HNG ĐN CỂN BNG ÁP T 57 5.1 Kho sát sự nh hng ca các thông s đn đin áp t 57 5.1.1 Sự nh hng ca tham s Kp đn sự cơn bng áp t 57 5.1.2 Sự nh hng ca ch s điu ch 58 5.1.3 Sự nh hng ca h s công sut ti 59 5.1.4 Sự nh hng ca đin dung các t 60 5.1.4.1 Trng hp hai t có đin dung bng nhau 60 5.1.4.2 Trng hp hai t có đin dung khác nhau 61 5.1.5 Sự nh hng ca b gii hn 61 5.2 Giá tr ti u ca tham s Kp 62 5.2.1 Phng pháp tìm giá tr ti u ca Kp 62 5.2.2 Kt qu đt đc 63 Chng 6 KT LUN 66 6.1 Kt lun 66 6.2 Hng phát trin 66 TÀI LIU THAM KHO 67 TING VIT 67 TING NC NGOÀI 67 Trang - xii - DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT APOD: Alternative Phase Opposition Disposition CPWM: Carrier Based Pulse Width Modulation FLC: Flying Capacitor Converter IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor LSC: Level Shifted Carriers N: Negative NP: Neutral Point NPC: Neutral Point Diode Clamped OVPWM: Overmodulation Pulse Width Modulation P: Positive PD: Phase Disposition POD: Phase Opposition Disposition PWM: Pulse Width Modulation SPWM: Sinusoidal Pulse Width Modulation. SFO-PWM: Switching Frequency Optimal-Pulse Width Modulation SVPWM: Space Vector Pulse Width Modulation VSI: Voltage Source Inverter Trang - xiii - DANH SÁCH CÁC BNG Bng Trang Bng 2.1: Trng thái kích đóng vƠ đin áp ngõ ra ca b nghch lu 1 nhánh 34 Bng 2.2: Quan h gia các giá tr ca tín hiu điu khin vƠ đin áp nghch lu 13 Bng 2.3. Mi quan h trng thái đóng ngt ca b nghch lu NPC 3 bc vi áp nghch lu 15 Bng 3.1: Mi liên quan gia dòng NP vƠ dòng ti trng thái kt ni 34 Bng 5.1: Giá tr ti u ca Kp ng vi các giá tr ca công sut ti vƠ ch s điu ch. 64 Trang - xiv - DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 2.1: S đồ nguyên lỦ b nghch lu 1nhánh 7 Hình 2.2: Nguyên lỦ điu khin sóng mang 8 Hình 2.3: Dng sóng ca đin áp nghch lu theo áp điu khin vƠ sóng mang 9 Hình 2.4: S đồ nguyên lỦ b nghch lu cầu 1 pha 10 Hình 2.5: Mô hình áp trung bình tng đng 10 Hình 2.6: Mô hình mch tc thi vƠ trung bình ca b nghch lu cầu 1 pha 11 Hình 2.7: S đồ mch ca b nghch lu áp 3 pha, 2 bc 12 Hình 2.8: S đồ gii tích mch tng đng 13 Hình 2.9: Cu trúc ca nghch lu NPC ba bc ti RL hình Y. 14 Hình 2.10: S đồ các phng pháp điu ch tần s chuyn mch 17 Hình 2.11: Nguyên lỦ ca SPWM cho b nghch lu cầu H 18 Hình 2.12: Phng pháp SPWM vi kiu b trí sóng mang PSC 19 Hình 2.13: Các dng ca CPWM dùng sóng mang dch mc 20 Hình 2.14: Đin áp các pha vƠ đin áp dây ca ti khi dùng LSC CPWM 21 Hình 2.15: Dng sóng đin áp cực đi _max(Va,Vb,Vc) 22 Hình 2.16: Dng sóng đin áp cực tiu_min(Va,Vb,Vc) 23 Hình 2.17: Dng sóng đin áp offset 23 Hình 2.18: Dng sóng đin áp điu khin pha A khi dùng SFO-PWM 23 Hình 3.1: Cu trúc ca mch nghch lu NPC 3 bc, 3 pha có t nguồn 25 Hình 3.2: S đồ khi ca b nghch lu NPC ba bc dùng kỹ thut điu ch SFO-PWM 26 Trang - xv - Hình 3.3: Hin tng mt cơn bng đin áp trên các t 27 Hình 3.4: Mi liên h gia đin áp trên t vƠ dòng qua đim NP 27 Hình 3.5 : Đin áp nghch lu khi áp t không cơn bng 29 Hình 3.6 : Đin áp nghch lu khi áp t cơn bng 29 Hình 3.7: Đin áp dơy ab khi áp t không cơn bng 29 Hình 3.8: Đin áp dơy ab khi áp t cơn bng 30 Hình 3.9: Áp ti pha a khi áp t không cơn bng 30 Hình 3.10: Áp ti pha a khi áp t cơn bng 30 Hình 3.11: VƠi trng hp đóng ngt các khóa gơy mt cơn bng áp t 33 Hình 4.1: Mi quan h gia áp điu khin vƠ sóng mang vi dòng qua đim NP 37 Hình 4.2: Dng sóng đin áp điu khin ca 3 pha 39 Hình 4.3: Dng sóng đin áp điu khin ci bin ca pha a 39 Hình 4.4: S đồ khi ca b điu khin có áp dng phng pháp cơn bng 41 Hình 4.5: Lu đồ gii thut to đin áp offset 43 Hình 4.6: Mô hình mô phng gii thut cơn bng áp DC-Link cho b nghch lu NPC 3 bc. 44 Hình 4.7: Khi to các tín hiu v xp và v xn 45 Hình 4.8: Khi Max_Min 45 Hình 4.9: Khi to đin áp offset 46 Hình4.10: Khi tính toán các thông s 47 Hình 4.11: Khi to chui xung kích 48 Hình 4.12: Dng sóng ca đin áp trên t khi áp dng phng pháp cơn bng 50 Hình 4.13: Dng sóng áp nghch lu khi dùng phng pháp cơn bng 51 Hình 4.14: Dng sóng áp nghch lu khi không dùng phng pháp cơn bng 51 [...]... tải cân bằng Trang - 4 - 1 Tổng quan Nh vậy, vấn đề cân bằng điện áp tụ DC- Link cho các bộ nghịch l u là cần thiết Và cần có ph ơng pháp cân bằng sao cho th i gian cân bằng nhanh, độ lệch áp tụ sau cân bằng nhỏ mà chất l ợng ngõ ra vẫn đ ợc đảm bảo 1.2 M c đích của đ tƠi Điện áp trên các tụ nguồn c a bộ nghịch l u NPC đa bậc th ng dao động, hiện t ợng này đ ợc gọi là mất cân bằng điện áp tụ DC- Link. .. nghịch l u điều khiển dòng điện từ nguồn điện áp hoặc bộ nghịch l u dòng nguồn áp Trang - 1 - 1 Tổng quan Bộ nghịch l u áp đa bậc (từ 3 bậc tr lên ) đ ợc biết đến nh là bộ chuyển đổi công suất lớn, có nhiều m c điện áp ngõ ra so với bộ nghịch l u áp hai bậc Bộ nghịch l u áp đa bậc, còn gọi là Multi-level Voltage Source Inverter (VSI), có các u điểm chính la điện áp trên các tụ điện nhỏ, dạng sóng điện. .. điện áp và nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch l u dòng có tính chất nguồn dòng thi các b ộ nghịch l u t ơng ng đ ợc gọi là bộ nghịch l u áp nguồn áp và bộ nghịch l u dòng nguồn dòng hoặc gọi tắt là bộ nghịch l u áp và bộ nghịch l u dòng Trong tr ng hợp nguồn điện đầu vào và đại l ợng ngõ ra khác nhau ví dụ bộ nghịch l u cung cấp dòng điện xoay chiều từ nguồn điện áp một chiều, ta gọi chúng là bộ. .. tính c a áp điều khiển Trang - 24 - 3 Khảo sát vấn đề mất cân bằng điện áp tụ Ch ng 3 KH O SÁT V N Đ M T CÂN B NG ĐI N ÁP TỤ 3.1 Hi n t ng m t cơn b ng áp t Cấu trúc c a bộ nghịch l u NPC ba bậc, ba pha đ ợc trình bày trong hình 3.1 Trong cấu trúc c a bộ nghịch l u NPC này có hai tụ điện Hai tụ này đóng vai trò chia điện áp nguồn Vdc thành hai phần để cung cấp cho bộ nghịch l u Khi điều khiển bộ nghịch. .. kháng l ới điện Bộ nghịch l u có nhiệm vụ chuyển đổi năng l ợng từ nguồn điện một chiều không đổi sang dạng năng l ợng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều Đại l ợng đ ợc điều khiển điều khiển ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện Nếu đại l ợng đ ợc ngõ ra là điện áp thì bộ nghịch l u đ ợc gọi là bộ nghịch l u áp, ng ợc lại gọi là bộ nghịch l u dòng Nguồn một chiều cung cấp cho bộ nghịch l u áp có... –Chile, T.A.Meynard- France, Bin WuCanada Vấn đề cân bằng áp tụ cho các bộ nghịch l u đa bậc đư đ ợc nhiều nhóm nghiên c u quan tâm Các nghiên c u này ch yếu tập trung cân bằng cho các bộ nghịch l u NPC ba bậc, bộ nghịch l u cầu H dựa trên hai ph ơng pháp điều chế CPWM và SVPWM Kết quả c a các nghiên c u này đư giải quyết đ ợc vấn đề cân bằng, nh ng độ dao động áp tụ lớn, tần số chuyển mạch c a linh kiện... băng ap D C -Link cho bô ̣ nghich l u NPC ba ̣ bâ ̣c - Khảo sát các thông số ngõ ra khi áp dụng giải thuật cân bằng 1.3.2 Gi ́ i ha ̣n Trang - 5 - 1 Tổng quan 1.4 Ph Cân bằng áp cho bộ nghịch l u NPC ba bâ ̣c, ba pha Mô phỏng trên matlab ng pháp nghiên cứu - Tham khảo tài liệu: các nguồn tài liệu có liên quan đến nghịch l u và cân bằng áp tụ - Ph ơng pháp mô hình hóa và mô phỏng - Ph ơng pháp thống kê... thọ cho thiết bị -Tạo cơ s để phát triển việc cân bằng áp tụ cho các bộ nghịch l u NPC có số bậc lớn hơn -Tăng gia tri ̣ ng dụng cho cac bô ̣ nghịch l u, bô ̣ biên tân 1.3 Nhi m v của đ tƠi vƠ gi i h n đ tƠi 1.3.1 Nhiêm vu ̣ ̣ - Tìm hiểu hiện t ợng mất cân bằng áp tụ, sự ảnh h ng c a hiện t ợng này đối với điện năng ngõ ra - Tìm hiểu nguyên nhân mất cân bằng điện áp tụ - Trình bày giải thuật cân băng... mạch DC cần thiết lập sẽ trạng thái kích Điện áp pha tâm nguồn DC đạt đ ợc các giá trị cho trong bảng 2.3 Bảng 2.3 Mối quan hệ trạng thái đóng ngắt c a bộ nghịch l u NPC 3 bậc với áp nghịch l u Vx0 Sx4 Sx3 Sx2 Sx1 Vdc/2 1 1 0 0 0 0 1 1 0 -Vdc/2 0 0 1 1 Với x = {a, b, c} Ta thấy có ba m c điện áp tồn tại ng với ba trạng thái đóng ngắt linh kiện cho mỗi pha Vậy có 33 = 27 trạng thái đóng ngắt cho bộ nghịch. .. t ơng đ ơng 2.1.3.2 Đi n áp ngõ ra thay đổi tuy n tính theo tính hi u đi u khiển Bảng 2.2: Quan hệ giữa các giá trị c a tín hiệu điều khiển và điện áp nghịch l u uđkx ux0 0 0 0< uđkx .  Trang - 5 - y, v cân bn áp t DC- Link cho các b nghn thit. Và cng sao cho thi gian cân b lch áp t sau cân bng. gây quá áp cho các t và linh kit.  tài này thc hin cân bng áp t DC- Link vi mh: -Khc phm ca b ngh n ngun: mt cân bng áp t,.  Trang - 6 - - Cân bng áp cho b ngh   , ba pha. -    1.4 Phng pháp nghiên cứu. - Tham kho tài liu: các ngun tài