Điều khiển bộ biến đổi đa bậc nguồn áp ứng dụng trong các nguồn điện phân tán có nối lưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI VĂN HUY ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐA BẬC NGUỒN ÁP ỨNG DỤNG TRONG CÁC NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN CÓ NỐI LƯỚI Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 62520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.PGS.TS Nguyễn Văn Liễn 2.PGS.TS Trần Trọng Minh Hà Nội - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận án hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình Người hướng dẫn khoa học Tác giả luận án Bùi Văn Huy LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành sở kết nghiên cứu trường Bách khoa Hà Nội, hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Liễn PGS.TS Trần Trọng Minh, Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tập thể hướng dẫn, người gắn liền với hoạt động khoa học tác giả, dẫn nhiệt tình, tin tưởng, quan tâm, giúp đỡ tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành luận án Tôi xin cảm ơn ý kiến đóng góp quý báu buổi tác giả báo cáo khoa học PGS.TS Bùi Quốc Khánh, GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang, PGS.TS Tạ Cao Minh, TS Nguyễn Thế Công, PGS.TS.Nguyễn Quang Địch, PGS.TS Nguyễn Phạm Thục Anh, TS Đỗ Mạnh Cường, TS Dương Minh Đức, TS Phạm Việt Phương cán bộ, giảng viên môn TĐHCN- Viện Điện - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Điện Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi nhiều mặt để hoàn thành luận án Tôi xin cảm ơn giúp đỡ Viện Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa tạo điều kiện thuận lợi để có địa điểm nghiên cứu triển khai thực nghiệm đề tài Tôi xin cảm ơn TS.Vũ Hoàng Phương sinh viên nhóm nghiên cứu hỗ trợ đắc lực hiệu cho việc hoàn thành mô hình thực nghiệm Tôi muốn cảm ơn TS.Nguyễn Tùng Lâm - BM TĐHCN, TS.Đào Phương Nam BM Điều khiển tự động ĐHBKHN TS Trần Duy Trinh - ĐH Sư phạm kỹ thuật Vinh người xuyên trao đổi chuyên môn, hỗ trợ tác giả việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu động viên giúp đỡ tác giả suốt trình triển khai luận án Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn quan tâm, giúp đỡ, động viên tạo điều kiện Ban giám hiệu trường Đại học Thành Đô đồng nghiệp khoa Công nghệ Kỹ thuật Điện Tự động hóa - Đại học Thành Đô Sau cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình tôi, đặc biệt vợ gái Sự quan tâm, động viên giúp đỡ gia đình giúp vượt qua khó khăn để hoàn thành luận án MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN ……………………………………………………………………………2 MỤC LỤC ………………………………………………………………………………… DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 14 TỔNG QUAN 18 1.1 Vai trò biến đổi đa bậc việc kết nối nguồn phát phân tán với lưới điện 18 1.2 Các biến đổi đa bậc nguồn áp 20 1.2.1 Nghịch lưu dùng điôt kẹp mức điện áp 20 1.2.2 Nghịch lưu đa bậc dạng tụ bay (flying capacitor - Clamped) 22 1.2.3 Cấu trúc nghịch lưu đa bậc nối tầng cầu chữ H 23 1.2.4 Nghịch lưu đa bậc tổng quát 25 1.2.5 Những cấu trúc nghịch lưu đa bậc đặc biệt khác 26 1.3 Các phương pháp điều chế PWM cho nghịch lưu đa bậc 28 1.3.1 Điều chế tần số 28 1.3.2 Điều chế theo sóng mang 29 1.3.3 Điều chế vector không gian (SVM) 30 1.4 Tổng quan phương pháp chuyển mạch biến tần ma trận 31 1.5 Các phương pháp điều khiển mạch vòng dòng điện cho biến đổi đa bậc 32 1.6 Tổng quan tình hình ứng dụng biến đổi đa bậc việc kết nối nguồn điện phân tán với lưới 34 1.6.1 Cấu trúc AC-DC-DC-AC 37 1.6.2 Cấu trúc AC-DC-AC-AC 38 1.7 Định hướng nhiệm vụ nghiên cứu luận án 39 1.7.1 Định hướng nghiên cứu 39 1.7.2 Những nhiệm vụ cần giải luận án 41 1.7.3 Đóng góp luận án 41 1.8 Tóm tắt kết luận 42 BỘ BIẾN ĐỔI HAI CỔNG AC-DC-AC-AC CÓ KHÂU TRUNG GIAN TẦN SỐ CAO 43 2.1 Cấu trúc AC-DC-AC-AC đa bậc nối tầng 43 2.2 Phân tích biến đổi phía cổng 44 2.2.1 Phương pháp điều chế cho nghịch lưu đa bậc cầu H nối tầng 46 2.2.2 Cân điện áp khâu DC Nghịch lưu đa bậc nối tầng cầu H 48 2.3 Phân tích biến đổi cổng 54 2.3.1 Các nguyên lý điều chế mạch AC-AC 55 2.3.2 Điều chế PWM cho biến đổi DC-AC-AC với khâu AC-AC điều chế kiểu biến tần ma trận 56 2.3.3 Điều khiển chuyển mạch cho biến tần ma trận 58 2.3.4 Mô phỏng, kiểm chứng phương pháp điều chế thuật toán chuyển mạch 62 2.3.5 Bộ nghịch lưu bậc xây dựng biến đổi DC-AC-AC nối tầng 63 2.4 Tóm tắt kết luận 67 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI 68 3.1 Mô hình trạng thái vấn đề điều khiển công suất biến đổi nối lưới 68 3.1.1 Mô hình trạng thái liên tục 68 3.1.2 Điều khiển công suất biến đổi nối lưới 70 3.2 Phân tích cấu trúc điều khiển 70 3.3 Thiết kế cấu trúc điều khiển PI cho biến đổi 72 3.3.1 Thiết kế mạch vòng dòng điện 72 3.3.2 Thiết kế mạch vòng điện áp chiều trung gian cổng 74 3.3.3 Thiết kế vòng điều khiển công suất 75 3.4 Cấu trúc điều khiển cộng hưởng cho mạch vòng dòng điện 78 3.4.1 Cấu trúc điều khiển cộng hưởng 78 3.4.2 Thiết kế điều khiển cộng hưởng cho mạch vòng dòng điện hệ thống ACDC-AC-AC đa bậc nối tầng 82 3.5 Cấu trúc điều khiển tựa thụ động cho mạch vòng dòng điện 82 3.5.1 Nguyên lý điều khiển tựa theo thụ động 82 3.5.2 Xây dựng điều khiển tựa thụ động cho mạch dòng điện 83 3.6 Cấu trúc điều khiển tựa thụ động thích nghi tham số cho mạch vòng dòng điện 85 3.7 Mô kiểm chứng kết 89 3.7.1 Mô hệ điều khiển hệ tọa độ dq với điều khiển PI cho mạch vòng dòng điện 90 3.7.2 Mô điều khiển biến đổi với cấu trúc điều khiển cộng hưởng cho mạch vòng dòng điện 94 3.7.3 Mô điều khiển hệ dq với điều khiển tựa thụ động 97 3.7.4 Mô đáp ứng điều khiển tựa thụ động có sai lệch R, L 99 3.7.5 Mô hệ thống với điều khiển tựa thụ động có khâu thích nghi tham số 101 3.7.6 Đánh giá kết mô 103 3.8 Tóm tắt kết luận 104 THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 105 4.1 Mô hình thực nghiệm kiểm chứng thuật toán cân điện áp tụ 105 4.1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống mô hình thực nghiệm 105 4.1.2 Các kết thực nghiệm 108 4.2 Hệ thống thực nghiệm DC-AC-AC với khâu trung gian tần số cao 110 4.2.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm 110 4.2.2 Thuật toán điều chế 113 4.2.3 Kết thực nghiệm 114 4.3 Thực nghiệm nghịch lưu bậc DC-AC-AC nối tầng 116 4.3.1 Sơ đồ thực nghiệm 116 4.3.2 Kết thực nghiệm 118 4.4 Thực nghiệm biến đổi AC-DC-AC-AC pha ba bậc 120 4.4.1 Sơ đồ thực nghiệm 120 4.4.2 Cấu trúc điều khiển 120 4.4.3 Kết thực nghiệm 122 4.5 Tóm tắt kết luận 123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 134 PHỤ LỤC ……………………………………………………………………………… 135 PL Một số hình ảnh Kit FPGA Xilinx Blockset 135 PL Một số cấu trúc điều khiển thực Malab-Simulink 137 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ký hiệu Qref Pref Qmeas Pmeas L C eN ed , eq iL id, iq i∝, iβ Đơn vị VAr W VAr W H F V V A A A Ý nghĩa Giá trị đặt công suất phản kháng Giá trị đặt công suất tác dụng Giá trị đo tính toán công suất phản kháng Giá trị đo tính toán công suất tác dụng Cuộn cảm Tụ điện Điện áp nguồn điện phía xoay chiều Điện áp phía lưới hệ tọa độ dq Dòng điện chạy qua cuộn cảm Dòng điện chạy qua cuộn cảm hệ tọa độ dq Dòng điện chạy qua cuộn cảm hệ tọa độ Chữ viết tắt SVM Space Vector Modulation Điều chế véc tơ không gian A AF CBM CL CHB Active Filter Carrier based Modulation Chỉnh lưu Cascaded H -bridge DG DVR DSP FPGA Distributed Generation Dynamic voltage restoration Digital Signal Processor Field Programmable Gate array FACTS Flexible AC Transmission System FC HB IGBT MPC flying capacitor H-Bridge Insulated Gate Bipolar Transistor Model Predictive Control MBA NLĐB NPC PBC PR PV PLL Neutral –point converter Passivity Based Control Proportional Resonant Photovoltaic Phase Locked Loop Lọc tích cực Điều chế sóng mang Chỉnh lưu Nghịch lưu đa bậc cầu H nối tầng Nguồn phân tán Phục hồi điện áp động xử lý tín hiệu số Mảng cổng lập trình dạng trường Hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt Tụ bay Cầu H Van IGBT Điều khiển sở mô hình dự báo Máy biến áp Nghịch lưu đa bậc Bộ biến đổi đa bậc điot kẹp Điều khiển tựa thụ động Cộng hưởng Điện mặt trời Vòng khóa pha PWM RES STATCOM THD UPFC Pulse Width Modulation Renewable Energy Sources Static Synchronous Compensator Total Harmonic Distortion Unified Power Flow Controller UNIFLEX-PM Universal and Management Flexible Điều chế độ rộng xung Nguồn lượng tái tạo Bộ bù đồng tĩnh Tổng méo sóng hài Hệ thống điều khiển dòng lượng Power Bộ quản lý công suất đa linh hoạt DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Trạng thái van tương ứng mức điện áp nghịch lưu bậc diot kẹp21 Bảng 1.2 Trạng thái van tương ứng mức điện áp nghịch lưu bậc diot kẹp21 Bảng 1.3 Trạng thái van ứng mức điện áp nghịch lưu bậc loại tụ kẹp 22 Bảng 1.4 Trạng thái van ứng mức điện áp nghịch lưu bậc kiểu tụ bay 23 Bảng 2.1 Trạng thái van module cầu H ứng với trạng thái khác điện áp đầu 45 Bảng 2.2 Các mức điện nghịch lưu đa bậc với cầu, điện áp chiều 45 Bảng 2.3 Trạng thái van tình trạng phóng nạp tụ DC cầu chữ H 50 Bảng 2.4 Trạng thái van mức điện áp sơ đồ nối tầng cầu H 50 Bảng 2.5 Tác động cân điện áp tụ DC cho nghịch lưu nối tầng cầu H 51 Bảng 3.1 Bảng tham số hệ thống biến đổi 90 Bảng 3.2 Tham số điều khiển 90 Bảng 3.3 Tham số điều khiển cộng hưởng 94 Bảng 3.4 Tham số điều khiển 97 Bảng 4.1 Bảng thông số mô hình thực nghiệm DC-AC-AC 111 Bảng 4.2 Bảng thông số LEM LAH 55-P 112 Bảng 4.3 Bảng thông số dải đo dòng điện, điện áp mạch đo 112 Bảng 4.4 Các tham số thực nghiệm 121 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điện tử công suất ứng dụng nguồn phân tán [107] 18 Hình 1.2 Cấu hình nghịch lưu thông thường ứng dụng công suất lớn [99] 19 Hình 1.3 Vấn đề mắc nối tiếp van 19 Hình 1.4 Cấu trúc nghịch lưu đa bậc dùng diot kẹp mức (a) mức(b) [54] 21 Hình 1.5 Cấu trúc nghịch lưu đa bậc kiểu tụ bay (a) mức (b) mức [54] 23 Hình 1.6 Nghịch lưu đa bậc nối tầng bậc (a) bậc (hình b) [29] 24 Hình 1.7 Nghịch lưu đa bậc pha mức nối tầng [38] 25 Hình 1.8 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc dạng tổng quát [41] 25 Hình 1.9 Cấu trúc nghịch lưu đa bậc lai nhiều mức [111] 26 Hình 1.10 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc nối tầng bất đối xứng với giá trị điện áp tầng khác 27 Hình 1.11 Nghịch lưu đa bậc nối tầng bất đối xứng với tần số khác 27 Hình 1.12 Nghịch lưu đa bậc lai sử dụng cấu trúc chuyển mạch mềm 27 Hình 1.13 Điện áp nghịch lưu đa bậc điều chế tần số 28 Hình 1.14 Điều chế tần số sử dụng thuật toán cân điện áp[49] 28 Hình 1.15 Điều chế sóng mang dịch mức 29 Hình 1.16 Sơ đồ mô tả trình chuyển mạch 31 Hình 1.17 Trạng thái logic van chuyển mạch bốn bước theo điện áp 32 Hình 1.18 Phân loại cấu trúc điều khiển dòng điện cho nghịch lưu đa bậc nối lưới 33 Hình 1.19 Hệ thống STATCOM 1-MVA 6,6 kV xây dựng sở nghịch lưu đa bậc cầu H nối tầng [45] 34 Hình 1.20 Hệ thống AF dựa nghịch lưu đa bậc điốt kẹp pha ba bậc [46] 35 Hình 1.21 Cấu hình hệ AF sở nghịch lưu tụ kẹp bậc[74] 35 Hình 1.22 Cấu hình biến đổi cổng UNIFLEX-PM xây dựng sở nghịch lưu cầu H nối tầng ứng dụng để tích hợp nguồn điện phân tán vào lưới [92], [93] 36 Hình 1.23 Cấu trúc lưới điện phân tán sử dụng biến đổi điện tử công suất UniflexPM[105] 36 Hình 1.24 Sơ đồ cấu hình Uniflex-PM (Khâu DC-DC cách ly) 37 Hình 1.25 Sơ đồ cấu hình Uniflex-PM (Khâu DC-AC cách ly) 38 Hình 1.26 Module DC-AC-AC 39 Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống AC-DC-AC-AC xây dựng sở nghịch lưu đa bậc nối tầng cầu chữ H DC-AC-AC 43 Hình 2.2 Cấu trúc biến đổi cổng 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án công trình nghiên cứu Việt Nam vấn đề điều khiển biến đổi AC-DC-AC-AC có khâu cách ly tần số cao ứng dụng kết nối hai nguồn điện xoay chiều Luận án trình bày chương với công trình công bố có công trình đăng tạp chí có Danh mục tính điểm hội đồng chức danh nhà nước Trong trình thực luận án, tác giả khảo sát kết nghiên cứu tác giả khác công bố tạp chí hay hội thảo chuyên ngành sở đề xuất giải pháp điều chế, điều khiển đáp ứng yêu cầu đặt biến đổi Dưới tác giả tóm tắt đóng góp luận án hướng phát triển luận án vNhững đóng góp luận án: 1.Đề xuất thuật toán đảm bảo cân điện áp tụ chiều trung gian 2.Đề xuất phương pháp điều chế cho DC-AC-AC với thuật toán chuyển mạch khâu AC-AC theo kiểu biến tần ma trận 3.Thiết kế thành công cấu trúc điều khiển trao đổi công suất hai chiều phương pháp điều khiển PI, PR, tựa thụ động tựa thụ động có khâu thích nghi tham số vĐề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo: 1.Nghiên cứu hoàn thiện vấn đề điều khiển biến đổi trường hợp lưới điện xuất trạng thái không bình thường; trường hợp mà nguồn phân tán làm việc chế độ ốc đảo 2.Nghiên cứu toán điều khiển trao đổi công suất tác dụng điều khiển cosφ hai cổng 3.Nghiên cứu khả mở rộng biến đổi kết nối nhiều cổng (từ cổng trở lên) Hoàn thiện giới hạn khoảng giá trị tham số l1 l2 khâu chỉnh định thích nghi tham số ứng dụng vào điều khiển tựa thụ động 5.Nghiên cứu tiếp khả ứng dụng nghịch lưu đa bậc nối tầng sở DC-AC-AC qua khâu trung gian tần số cao 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Đặng Danh Hoằng, Nguyễn Phùng Quang (2011), "Thiết kế điều khiển máy phát điện không đồng nguồn kép kết hợp phương pháp tựa theo thụ động EulerLagrange (EL) luật Hamiltonian", Hội nghị toàn Điều khiển Tự động hoá toàn quốc lần thứ nhât- VCCA-2011 [2] Đặng Danh Hoằng (2012), “Cải thiện chất lượng điều khiển máy phát không đồng nguồn kép dùng hệ thống phát điện chạy sức gió phương pháp điều khiển phi tuyến”, Luận án Tiến sĩ ĐH Thái Nguyên [3] Ngô Đức Minh (2010), “Nghiên cứu ứng dụng hệ tích trữ lượng dùng ắc quy mạng điện cục thủy điện nhỏ”, Luận án Tiến sĩ ĐHBKHN [4] Nguyễn Doãn Phước (2009), “Lý thuyết điều khiển tuyến tính”, NXB KHKT [5] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung (2008), “Lý thuyết điều khiển phi tuyến”, NXBKHKT [6] Nguyễn Doãn Phước (2007), “Lý thuyết điều khiển nâng cao”, NXB KHKT [7] Nguyễn Doãn Phước (2013),“Phân tích Điều khiển hệ phi tuyến”, NXB ĐHBKHN [8] Nguyễn Doãn Phước, Nguyễn Tiến Hiếu (2005), "Tổng quan phương pháp điều khiển tựa theo thụ động số kết nghiên cứu mở rộng", Chuyên san Kỹ thuật điều khiển tự động,(12), tr 10 - 21 [9] Nguyễn Thị Mai Hương (2012), “Sách lược điều khiển nhằm nâng cao tính bền vững trụ lưới hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng máy điện không đồng nguồn kép”, Luận án Tiến sĩ 2012 ĐH Thái Nguyên [10] Nguyễn Thị Mai Hương, Nguyễn Phùng Quang (2011), “Sách lược trụ lưới theo phương pháp tổng hợp thành phần đối xứng hệ thống máy phát sức gió, Hội nghị Điều khiển Tự động hoá toàn quốc lần thứ nhât- VCCA-2011 [11] Phạm Tuấn Anh (2015), “Các phương pháp điều khiển thiết bị kho điện sử dụng hệ thống phát điện sức gió hoạt động chế độ ốc đảo”, Luận án tiến sĩ ĐHBK HN 2015 [12] Phạm Tâm Thành (2014), “Điều khiển vector phi tuyến cho máy điện xoay chiều ba pha điều kiện thời gian thực”, Luận án tiến sĩ ĐHBKHN [13] Trần Duy Trinh (2014), “Nghiên cứu điều khiển khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng xí nghiệp công nghiệp”, Luận án Tiến sĩ ĐHBK Hà Nội [14] Trần Duy Trinh, Trần Trọng Minh (2011), “Thiết kế điều chỉnh cộng hưởng cho mạch vòng dòng điện nghịch lưu phía lưới điều kiện điện áp không cân bằng”, Hội nghị toàn quốc Điều khiển Tự động hoá - VCCA-2011 125 [15] Trần Trọng Minh (2012), “Giáo trình Điện tử công suất”, NXB GD [16] Trần Trọng Minh (2007), “Nghiên cứu, xây dựng biến tần kiểu ma trận”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật ĐHBKHN [17] Trần trọng Minh (2016), “Thiết kế điều chế vector không gian tối ưu thành phần sóng hài cho nghịch lưu ba pha đa mức nối tầng cầu H”, Chuyên san điều khiển tự động hóa số 15 (tháng 4/2016), trang 9-20 [18] Vũ Hoàng Phương (2014), “Điều khiển nghịch lưu nguồn Z ứng dụng cho hệ phát phân tán”, Luận án Tiến sĩ ĐHBK HN Tiếng anh [19] Ali keyhani mohammad, N Marwali Min Dai (2010), “Integration of green and renewable energy in electric power systems, WILEY [20] Antonio Dell’Aquila, Member, IEEE, Marco Liserre, Member, IEEE, Vito Giuseppe Monopoli, Member, IEEE, and Paola Rotondo (2005), “An Energy-Based Control for an n-H-Bridges Multilevel Active Rectifier”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL 52, NO [21] Adrian Timbus (2007), “Grid Monitoring and Advanced Control of Distributed Power Generation Systems”, Dissertation of Doctor of Philosophy in Electrical Engineering Aalb org University Institute of Energy Technology Denmark [22] Alejandro Gosmez Yepes (2011), “Digital Resonant Current Controllers For Voltage Source Converters”, Dissertation for degree of Doctor of philosophy at University of VIGO [23] Ali Keyhani and Muhammad Marwali (Eds.) (2011), “ Smart Power Grids 2011”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg [24] Amirnaser Yazdani, Reza Iravani (2010), “Voltage-sourced converters in power systems”, Wiley [25] Ali Keshavarzian and Hossein Iman-Eini (2011); “A New Strategy for Control of Cascaded H-bridge Rectifiers with Unequal Loads”; 2011 2nd Power Eletronics, Drive Systems and Technologies Conference [26] Amit Ojha, Pradyumn K Chaturvedi, Arvind Mittal, Shailendra K Jain (2013), “Back to Back Connected Multilevel Converters: A Review”, e-ISSN: 2278-1676, ISSN: 2320-3331, Volume 5, Issue (May - Jun 2013), PP 57-67 [27] A.Nabae, I.Takahashi, H.Akagi (1981), “A new neutral-point clamped PWM inverter”, IEEE Trans On Ind Appl., vol IA–17, pp 518–523, Sept.–Oct [28] Bin Wu (2006), “High-Power Converters and AC Drives”, Wiley - IEEE Press [29] Bogdan M Wilamowski, J david Irwin (2011), “Power electronics and motor drives”, Taylor and Francis Group, LLC [30] B Egardt(1979), “Stability of Adaptive Controllers”, Lecture notes in control and information sciences, Springer [31] B P McGrath and D.G Holmes (2000); “A Comparison of Multicarrier PWM Strategies for Cascaded and Neutral Point Clamped Multilevel Inverters”; Power Electronics Specialists Conference PESC 00 2000 IEEE 31st Annual 126 [32] Bongiorno M (2007), “On Control of Grid-connected Voltage Source Converters - Mitigation of Voltage Dips and Subsynchronous Resonances”, PhD thesis, Chalmers University of Technology [33] Chandra Bajracharya, Marta Molinas, Member IEEE, Jon Are Suul, Tore M Undeland, Fellow IEEE (2008), “ Understanding of tuning techniques of converter controllers for VSC-HVDC”, NORPIE, Nordic Workshop on Power and Industrial Electronics, June 9-11 [34] C.Hutchinson (1984), “The kalman filter applied to aerospace and electronic systems,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol AES-20, pp 500–504, july [35] Daryoush Mehrzad, Javier Luque, Marc Capella Cuenca (2009), “Vector control of PMSG for grid connected wind turbine applications”, Institute of Energy Technology AALBORG Unviversitet 4th Semester, Spring [36] E.Koutroulis, J.Chatzakis, K.Kalaitzakis and N.C.Voulgaris (2001); “A bidirectional, sinusoidal, high-frequency inverter Design”; IEE Proc.-Electr Power Appl., Vol 148, No [37] E Cengelci, S U Sulistijo, B O Woom, P Enjeti, R Teodorescu, and F Blaabjerge (1998), “A new medium voltage PWM inverter topology for adjustable speed drives” in Conf Rec IEEE-IAS Annu Meeting, St Louis, MO, Oct, pp 1416–1423 [38] Firuz Zare, Member IEEE, and Gerard Ledwich, Senior Member, IEEE (2002), “A Hysteresis Current Control for Single-Phase Multilevel Voltage Source Inverters: PLD Implementation” IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL 17, NO 5, SEPTEMBER 2002 P.p 731-738 [39] Frede Blaabjerg, Yongheng Yang, Ke Ma (2013), “Power Electronics –Key Technology for Renewable Energy Systems –Status and Future”, The 3rd International Conference on Electric Power and Energy Conversion Systems, Yildiz Technical University, Istanbul, Turkey, October - [40] F Z Peng (2001), “A generalized multilevel inverter topology with self voltage balancing,” IEEE Trans Ind Applicat., vol 37, pp 611–618, Mar./Apr [41] Francisco Daniel Freijedo Fernández (2009), “Contributions to gridsynchronization techniques for power converters”, Dissertation submitted for the degree of european doctor of philosophy in electrical engineering, Vigo University Department of Electronic Technology [42] Frede Blaabjerg, Fellow, IEEE, Remus Teodorescu, Senior Member, IEEE, Marco Liserre, Member, IEEE, and Adrian V Timbus, Student Member, IEEE (2006), “Overview of Control and Grid Synchronization for Distributed Power Generation Systems”, IEEE VOL 53, NO [43] G Tao (2003), “Adaptive Control Design and Analysis” Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley and Sons [44] H Akagi, S Inoue, and T Yoshii (2007), “Control and performance of a transformerless cascade PWM STATCOM with star configuration,” IEEE Trans Ind Appl., vol 43, no 4, pp 1041–1049, Jul./Aug 127 [45] H Akagi and T Hatada (2009), “Voltage balancing control for a three-level diode-clamped converter in a medium-voltage transformerless hybrid active filter”, IEEE Trans Power Electron., vol 24, no 3, pp 571–579, Mar [46] Hossein Iman-Eini, et al (2008), “A modular Strategy for Control and Voltage Balancing of Cascaded H-Bridge Rectifiers”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL 23, NO 5, SEPTEMBER [47] Hung-Chi Tsai, Chia-Chi Chu,Member, IEEE, and Sheng-Hui Lee Student Member, IEEE (2005), “Passivity-based Nonlinear STATCOM Controller Design for Improving Transient Stability of Power Systems”, IEEE/PES Transmission and Distribution Conference & Exhibition: Asia and Pacific Dalian, China [48] J Chiasson, L M Tolbert, K McKenzie, and Z Du (2004), “A unified approach to solving the harmonic elimination equations in multilevel converters” IEEE Transactions on Power Electronics, vol 19, pp 478–490, March 2004 [49] José Rodríguez, Steffen Bernet, BinWu, Jorge O Pontt, Samir Kouro (2007); “Multilevel Voltage Source Converter Topologies for Industrial Medium-Voltage Drives”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL 54, NO 6, DECEMBER 2007 [50] Jih-Sheng Lai, Fang Zheng Peng (1996); “Multilevel Converters – A New Breed of Power Converters”; IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL APPLICATIONS, VOL 32, NO 3, MAY/JUNE [51] José Rodríguez, Luis Luis, et al (2002); “High-Voltage Multilevel Converter with Regeneration Capability”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL 49, NO [52] J Benskiin', J Bordonad, A Gilabert2, G Velasco3 (2003), “Synthesis and modulation of a single phase DC/AC converter with high-frequency isolation in photovoltaic energy applications” - Power Electronics Specialist, PESC 2003 IEEE 34th Annual Conferece on [53] José Rodríguez, Senior Member, IEEE, Jih-Sheng Lai, Senior Member, IEEE, and Fang Zheng Peng, Senior Member, IEEE (2002), “Multilevel Inverters: A Survey of Topologies, Controls, and Applications”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL 49, NO 4, AUGUST [54] Jiaying Wang (2012), “Model Predictive Control of Power Electronics Converter”, Master of Science in Electric Power Engineering, Norwegian University of Science and Technology [55] K J Astrom and B Wittenmark (1995), “Adaptive Control”, Addison-Wesley, Reading, MA, 2nd ed [56] K Narendra and A Annaswamy (1989), “Stable Adaptive Systems”, Prentice-Hall Inc [57] Kanellakopoulos, P Kokotovic, and A Morse (1991), “Systematic design of adaptive controllers for feedback linearizable systems,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol 36, pp 1241–1253, November [58] LEONARDO AUGUSTO SERPA (2007), “Current Control Strategies for Multilevel Grid Connected Inverters”, A dissertation submitted to the SWISS 128 FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY ZURICH for the degree of DOCTOR OF SCIENCES [59] L G Franquelo and J Rodríguez (2008), “The age of multilevel converters arrives,” IEEE Trans Ind Electron., no June, pp 28–39 [60] Luca Tarisciotti (2014), “Model Predictive Control for advanced multilevel power converters in Smart-Grid applications”, Submitted to the University of Nottingham for the degree of Doctor of Philosophy [61] Liserre M (2006), "Passivity-based control of single-phase multilevel grid connected active rectifiers", Bulletin of polish academy of scienecs technical scienecs, Vol 54, No [62] Marian P Kazmierkowski; R Krishnan; Frede Blaabjerg; “Control in Power Electronics”, Copyright 2002, Elsevier Science [63] Mc Granaghan, M., Ortmeyer, T., Crudele, D., Key, T., Smith, J., Barker, P., (2008) “ Renewable Systems Interconnection Study: Advanced Grid Planning and Operations”, Sandia National Laboratories [64] M Li, J N Chiasson, L M Tolbert (2006); “ Capacitor Voltage Control in a Cascaded Multilevel Inverter as a Static Var Generator”; Power Electronics and Motion Control Conference IPEMC 2006 CES/IEEE 5th International [65] M Krstic, I Kanellakopoulos, and P Kokotovic (1994), “Nonlinear design of adaptive controllers for linear systems,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol 39, no 4, pp 738–752 [66] M Sc Mariusz Malinowski (2001), “Sensorless Control Strategies for Three Phase PWM Rectifiers”, Ph.D Thesis Warsaw University of Technology Faculty of Electrical Engineering Institute of Control and Industrial Electronics [67] Marian P Kazmierkowski, Fellow, IEEE, and Luigi Malesani, Fellow, IEEE (1998), “Current Control Techniques for Three-Phase Voltage-Source PWM Converters: A Survey”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL 45, NO 5, OCTOBER 1998 [68] M D Manjrekar, P K Steimer, and T A Lipo (2000), “Hybrid multilevel power conversion system: a competitive solution for high-power applications”, IEEE Trans Ind Applicat., vol 36, pp 834–841, May/June 2000 [69] Majumder, Ritwik and Ghosh, Arindam and Ledwich, Gerard and Zare, Firuz (2009), “Power management and power flow control with back-to-back converters in a utility connected microgrid”, IEEE Transactions on Power systems [70] Min Dai (2005),“M.S.C.S Control of power converters for distributed Generation Application”, Dissertation, The Ohio State University [71] Naheed Khan, Kishwar Khan (2014), “Multi Level Converters for Medium Voltage Applications”, IJCAT-International Journal of Computing and Technology Volume 1, Issue 1, February 2014 www.IJCAT.org [72] Nicholas Shattock BEng (Hons)(2014), “High Frequency-Link Cycloconverters for Medium Voltage Grid Connection”, Thesis submitted to the University of Nottingham for the degree of Doctor of Philosophy April 2014 129 [73] Óscar Lóp ez Sánchez (2009), “Space vector pulse-width modulation for multilevel multiphase voltage-source converters”, Dissertation submitted for the degree of European Doctor of Philosophy in Electrical Engineering, Vigo university department of electronics technology [74] P Xiao, G K Venayagamoorthy, and K A Corzine (2009), “Seven-level shunt active power filter for high-power drive systems” , IEEE Trans Power Electron., vol 24, no 1, pp 6–13, Jan 2009 [75] P Kokotovic, I Kanellakopoulos, and A Morse (1991), “Adaptive feedback linearization of nonlinear system,” Foundations of Adaptive Control, Lecture Notes in Control and Information Sciences, Springer-Verlag, vol 160, pp 309–346, 1991 [76] Padmanaban Sanjeevikumar (2012), “Analysis and Implementation of MultiphaseMultilevel Inverter for Open-Winding Loads”, PhD IN ELECTRICAL ENGINEERING, ALMAMATER STUDIORUM UNIVERSITY OF BOLOGNA [77] P Hammond, “A new approach to enhance power quality for medium voltage ac drives” IEEE Trans Ind Applicat., vol 33, pp 202–208, Jan./Feb 1995 [78] Quang, N.P and Dittrich, J.(2012), "Vector control of three phase AC machine– System Development in the Practice", Springer, Berlin – Heidelberg 2008 [79] Robert Passey, Ted Spooner a, Iain MacGill a, Muriel Watt b, Katerina Syngellakis (2011), “The potential impacts of grid-connected distributed generat ion and how to address them: A review of technical and non-technical factors”, Energy Policy 39 (2011) P.p 6280–6290 journal homepage: ww.elsevier.com/locate/enpol [80] Remus Teodorescu, Marco Liserre, Pedro Rodriguez (2011), “Grid converters for photovoltaic and wind power systems”, WILEY [81] R.latha, C.Bharatiraja ,R.Palanisamy, sudeepbanerji, Dr.Subhransu.Sekhar.Dash (2013), “Hysteresis Current Controller based Transformerless Split Inductor - NPC - MLI for Grid Connected PV- System”, International Conference on DESIGN AND MANUFACTURING 2013(IConDM 2013) Procedia Engineering P.p 224233 [82] Ryszard Strzelecki • Grzegorz Benysek Editors (2008), “Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks”, Springer [83] R Marino and P Tomei (1993), “Global adaptive output-feedback control of nonlinear systems i linear parameterization,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol 38, no 1, pp 17–32 [84] R Marino and P Tomei (1993), “Global adaptive output-feedback control of nonlinear systems ii Nonlinear parameterization,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol 38, pp 33–48, January [85] R Kalman and J Bertram (1959), “A unified approach to the theory of sampling systems,” Journal of the Franklin Institute, vol 267, no 5, pp 405–436, 1959 [86] R Kalman and L Bertram (1958), “General synthesis procedure for computer control of single and multiloop linear systems,” Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, vol 77, pp 602–609, 1958 130 [87] Rasoul Mohammadi Milasi (2012), “Adaptive and Nonlinear Control of a Voltage Source Converter”, doctor of Philosophy in Control Systems Electrical and Computer Engineering [88] R.Ortega, A.Loria, P.J.Nicklasson, H.Sira- Ramírez (1998), “Passivity-based Control of Euler Lagrange Systems: Mechanical, Electrical and Electromechanical Applications” Springer- Verlag, London-Berlin-Heidelberg [89] R Lund, M Manjrekar, P Steimer, and T Lipo (1999), “Control strategy for a hybrid seven level inverter” in Proc European Power Electronics Conf (EPE‘99), Lausanne, Switzerland, CD-ROM [90] R Teodorescu, F B laabjerg, M Liserre and P.C Loh (2006), “ Proportionalresonant controllers and filters for grid-connected voltage-source converters”, IEE Proc.-Electr Power Appl., Vol 153, No 5, September [91]Ramanarayanan.Venkataramanan (1986), “Sliding mode control of power converters”, in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy California Institute of Technology Pasadena, California [92] Samir Kouro, Mariusz Malinowski, K Gopakumar, Josep Pou, Leopoldo G Franquelo, Fellow, IEEE, Bin Wu, Jose Rodriguez, Marcelo A Pérez, and Jose I Leon (2010),“Recent Advances and Industrial Applications of Multilevel Converters”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL.57, NO.8, AUGUST –Pp 2553-2580 [93] Stefano Bifaretti, Pericle Zanchetta, Alan Watson, Luca Tarisciotti, and Jon C Clare, Senior (2011), “Advanced Power Electronic Conversion and Control System for Universal and Flexible Power Management”, IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID, VOL 2, NO 2, JUNE P.p 231-243 [94] Songquan Deng, Hong Mao, Joy Mazumdar, Issa Batarseh and Kazi Khairul Islam (2003); “ A New Control Scheme for High-frequency Link Inverter Design ”; Applied Power Electronics Conference and Exposition APEC '03 Eighteenth Annual IEEE [95] Siriroj Sirisukprasert (2004), “The Modeling and Control of a CascadedMultilevel Converter-Based STATCOM”, Dissertation submitted to the faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Electrical Engineering Blacksburg, Virginia The United State of American [96] S Sastry and A Isidori (1989), “Adaptive control of linearizable systems,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol 34, no 11, pp 1123–1131 [97] Seddik Bacha, Iulian Munteanu, Antoneta Iuliana Bratcu (2014), “Power Electronic Converters Modeling and Control”, Springer [98] Simone Buso (2006), “Digital Control in Power Electronics”, Morgan&Claypool Pubishers [99] Tor Martin Iversen, Sverre S.Gjerde, Tore Undeland (2012), “Multilevel Converters for a 10 MW, 100 kV Transformer-less Offshore Wind Generator system”, Norwegian University of Science and Technology (NTNU) (2012) [100] Troster, E., (2009) “New German grid codes for connecting PV systems to the¨ medium voltage power grid” In: 2nd International Workshop on Concentrating 131 Photovoltaic Power Plants: Optical Design, Production, Grid Connection, 9–10 March [101] T.A Meynard, H Foch (1992), “Multi-level conversion: High voltage choppers and voltage-source inverters” in Proc IEEE Power Electron., Specialists Conf., pp 397–403 [102] Tefano Bifaretti, Pericle Zanchetta, Florin Iov, and Jon C Clare (2008),“Predictive Current Control of a 7-level AC-DC back-to-back Converter for Universal and Flexible Power Management System” IEEE 978-1-4244-17421/08 [103] Tefano Bifaretti, Pericle Zanchetta, Florin Iov, and Jon C Clare, “Power Flow Control through a Multi-Level H-Bridge based Power Converter for Universal and Flexible Power Management in Future Electrical Grids”, 978-1-4244-1742-1/08/_c IEEE [104] UNIFLEX-PM (2008), “Report on Control Strategies”, Advanced Power Converters for Universal and Flexible Power Management in Future Electricity Network [105] Uniflex – PM (2007), “Report on converter structures”, EC Contract n°: 019794 (SES6) EUROPEAN COMMISSION DIRECTORATE J – ENERGY [106] Uniflex –PM (2009), “Report on Hardware Evaluation”, EC Contract n°: 019794 (SES6) EUROPEAN COMMISSION DIRECTORATE J – ENERGY [107] W Kramer, S Chakraborty, B Kroposki, and H Thomas (2008), “Advanced Power Electronic Interfaces for Distributed Energy Systems Part 1: Systems and Topologies”, Technical Report NREL/TP-581-42672 [108] W Kramer, S Chakraborty, B Kroposki, and H Thomas (2008), “Advanced Power Electronic Interfaces for Distributed Energy Systems Part 2: Modeling, Development, and Experimental Evaluation of Advanced Control Functions for Single-Phase Utility-Connected Inverter”, Technical Report NREL/TP-550-44313 November [109] W Hahn and A Baartz (1979), “Stability of Motion”, Grundlehren der mathematischen Wissenschaften, Springer [110] Wang Jiuhe, Wang Mian, Zhang Li, Yin Hongren (2012), “Research on Passivity based Controller of Three Phase Voltage Source PWM Rectifier”, TELKOMNIKA Indonesian Journal of Electrical Engineering Vol.10, No.5, pp 940~946 [111] W A Hill and C D Harbourt (1999), “Performance of medium voltage multilevel inverters” in Conf Rec IEEE-IAS Annu Meeting, Pheonix, AZ, Oct, pp 1186–119 [112] Y Cheng, C Qian, M L Crow, S Pekarek, and S Atcitty (2006), “A comparison of diode-clamped and cascaded multilevel converters for a STATCOM with energy storage,” IEEE Trans Ind Electron., vol 53, no 5, pp 1512–1521 [113] Y Landau (1979), “Adaptive Control: the Model Reference Approach Control and systems theory”, Dekker 132 [114] Z Dydek, A Annaswamy, and E Lavretskyavretsky (2008), “Adaptive control and the nasa x-15 program: A concise history, lessons learned and a provably correct design,” in American Control Conference, pp 2957 – 2962 [115] Z Idris, M K Hamzah, and M F Saidon (2006), “Implementation of singlephase matrix converter as a direct AC-AC converter with commutation strategies”, in Conf Rec IEEE PESC, pp 2240–2246 133 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Bùi Văn Huy, Trần Trọng Minh (2013), “Chiến lược cân điện áp khâu DC cho chỉnh lưu tích cực sở nghịch lưu đa bậc nối tầng cầu chữ H”, Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hoá - VCCA-2013, (trang 204 - 210) [2] Bùi Văn Huy, Nguyễn Văn Liễn, Trần Trọng Minh, Vũ Hoàng Phương (2014), “Bộ biến đổi DC-AC-AC qua khâu trung gian tần số cao có khả trao đổi công suất hai chiều”, Hội nghị toàn quốc lần thứ Cơ Điện tử - VCM-2014, (trang 136 -142) [3] Bùi Văn Huy, Trần Trọng Minh, Nguyễn văn Liễn (2014), “Điều khiển dòng công suất hai chiều qua biến đổi AC-DC-AC-AC đa bậc nối tầng với khâu trung gian tần số cao”, Chuyên san điều khiển tự động hóa Số 11- Tháng 12/2014 ISSN 1859-0551 (trang 24-31) [4] Bùi Văn Huy, Trần Trọng Minh, Nguyễn Văn Liễn (2015), “Kỹ thuật cân điện áp tụ cho nghịch lưu đa bậc nối tầng chữ H hệ thống STATCOM”, Tạp chí khoa học & công nghệ trường đại học kỹ thuật số No.107C/2015 (trang 13-18) ISSN 2354-1083 [5] Trần Trọng Minh, Nguyễn văn Liễn, Bùi Văn Huy (2015), “Điều khiển tựa thụ động cho mạch vòng dòng điện biến đổi đa bậc nối tầng có khả trao đổi công suất hai chiều”, Chuyên san điều khiển tự động hóa số 12Tháng 4/2015 ISSN 1859-0551 (trang 76-82) [6] Bùi Văn Huy, Nguyễn Văn Liễn, Trần Trọng Minh, Vũ Hoàng Phương, Trần Đình Thoại (2015), “ Thực nghiệm nghịch lưu DC-AC-AC với khâu trung gian tần số cao có khả trao đổi công suất hai chiều”, Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hoá - VCCA 2015 tháng 11/2015 (Trang 197-203) [7] Bùi Văn Huy, Trần Trọng Minh (2016), “Mô thực nghiệm kiểm chứng thuật toán cân điện áp tụ chiều cho chỉnh lưu tích cực đa bậc cầu chữ H nối tầng”, Chuyên san điều khiển tự động hóa số 15 tháng 4/2016 ISSN 1859-0551 (trang 41-48) 134 PHỤ LỤC PL Một số hình ảnh Kit FPGA Xilinx Blockset Hình PL.1 Kít Spartan-6 135 Hình PL.2 Thư viện Xilinx Blockset 136 Hình PL.3 Khối tạo xung cưa Hình PL.4 Khối tạo deadtime Hình PL.5 Khối tạo sóng sin PL 2.Một số cấu trúc điều khiển thực Malab-Simulink Hình PL.6 Chương trình điều khiển biến đổi Multilevel xây dựng Matlab Toolbox ds1104 137 Hình PL.7 Cấu trúc điều khiển PI cho mạch vòng dòng điện Hình PL.8 Cấu trúc điều khiển tựa thụ động mạch vòng dòng điện cổng Hình PL.9 Cơ cấu chỉnh định thích nghi tham số 138 ... liệu, điện sức gió [51] Bộ biến đổi điện tử công suất nói chung biến đổi đa bậc nói riêng ứng dụng vào nguồn điện phân tán có nối lưới phải đảm bảo yêu cầu là: Kiểm soát biến động điện áp; điều khiển. .. điện áp cao Ngoài ưu điện áp, biến đổi đa bậc tạo điện áp dạng sin từ bước điện áp nhỏ từ nguồn DC cách ly từ cấp điện áp dùng phân áp loạt tụ Nghịch lưu đa bậc phân nhỏ bước nhảy điện áp phía... trúc hệ thống nguồn phân tán nối lưới cho Hình 1.1 Các nguồn điện phân tán có chất nguồn gốc khác biến đổi thành nguồn điện có điện áp tần số phù hợp cung cấp cho tải cục lưới điện Quá trình