Điều khiển dự báo hữu hạn các trạng thái đóng cắt các van cho bộ biến đổi đa mức có cấu trúc MMC

Bài viết này trình bày phương pháp điều khiển dự báo hữu hạn các trạng thái đóng cắt FCS-MPC để giảm thiểu tối đa số lượt tính toán trong bộ biến đổi MMC. Khi áp dụng FCS-MPC cho MMC thì ở mỗi chu kỳ trích mẫu, trạng thái chuyển mạch tốt nhất sẽ được lựa chọn để tạo ra dòng điện phía xoay chiều có dạng sin, điện áp tụ điện của các pha được cân bằng do đó sẽ hạn chế tối thiểu dòng điện vòng chạy trong mạch của MMC.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 132 (2019) 001-007 Điều khiển dự báo hữu hạn trạng thái đóng cắt van cho biến đổi đa mức có cấu trúc MMC Apply Finiter Set Control - Model Predictive Control for Multilevel Modular Converter (MMC) Trần Hùng Cường*, Trần Trọng Minh, Phạm Việt Phương Trường Đại học Bách khoa Hà Nội – Số 1, Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội Đến Tòa soạn: 29-01-2018; chấp nhận đăng: 18-01-2019 Tóm tắt Q trình tính tốn phức tạp phương pháp điều khiển dự báo (MPC) cho biến đổi đa mức cấu trúc module (MMC) vấn đề cần khắc phục để giảm áp lực tính tốn, xử lý tín hiệu điều khiển Bài báo trình bày phương pháp điều khiển dự báo hữu hạn trạng thái đóng cắt FCS-MPC để giảm thiểu tối đa số lượt tính tốn biến đổi MMC Khi áp dụng FCS-MPC cho MMC chu kỳ trích mẫu, trạng thái chuyển mạch tốt lựa chọn để tạo dòng điện phía xoay chiều có dạng sin, điện áp tụ điện pha cân hạn chế tối thiểu dòng điện vòng chạy mạch MMC Phương pháp giảm thiểu độ trễ tín hiệu tần số đóng cắt biến đổi Đây phương pháp dự báo mơ hình gián tiếp nhằm khắc phục tổng độ méo sóng hài dòng điện, điện áp mức thấp Phương pháp khắc phục hạn chế áp dụng điều khiển dự báo cho biến đổi MMC hoạt động chế độ ba pha với công suất lớn điện áp cao Các nghiên cứu mô phương pháp MPC biến đổi MMC ba pha thực phần mềm Matlab-Simulink cho thấy ưu điểm biến đổi áp dụng thuật tốn điều khiển dự báo Từ khóa: Bộ biến đổi đa mức, MMC, Điều khiển dự báo hữu hạn trạng thái đóng cắt FCS-MPC Abstract The complex process of computation of Model Predictive Control (MPC) method for the Modular Multilevel Control (MMC) is the main issue to overcome to reduce the computation, signal processing of the controller This paper proposes Finiter Set Control - Model Predictive Control (FCS-MPC) to minimize the computations in the MMC converter When applying FCS-MPC for the MMC for each sampling cycle, the best switching state will be selected to generate sinusoidal alternating current, the capacitor voltages of all phases are balanced, thus limit the loop current in MMC circuit This method will minimize the signal delay and switching frequency of the converter This is the indirect model forecasting method to overcome the total harmonic distortion of current and voltage at the lowest level This method overcomes the restriction when apply MMC converter in three-phase mode with high power and voltage Simulation for MPC method on three-phase MMC converter in Matlab-Simulink has proven the advantages of the converter when applying predictive control algorithms Keywords: Modular Multilever Converter, MMC, Finiter Set Control - Model Predictive Control FCS-MPC Phần mở đầu* mức MMC phát triển với nhiều ưu điểm vượt trội áp dụng cho hệ thống có điện áp cao quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới, biến đổi tạo nhiều mức điện áp với cấu trúc đơn giản mà không cần máy biến áp trung gian hệ thống chuyển đổi, cân điện áp tụ phương pháp khác [3] Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp điều khiển cho biến đổi gặp nhiều khó khăn yêu cầu mức điện áp cao [4],[5] điều khiển biến cho MMC thách thức lớn, đòi hỏi phải đạt nhiều mục tiêu điều khiển dòng điện xoay chiều có dạng sin, dòng điện vòng phải hạn chế, điện áp tụ SM phải cân Các mục tiêu thực phương pháp điều khiển tuyến tính cổ điển PI, PWM để điều chế độ rộng xung, SVM để điều khiển điện áp cân mục đích để điều khiển cho MMC [6], Bộ biến đổi đa mức nhiều quan tâm nghiên cứu có ưu điểm vượt trội áp dụng cho hệ thống điện áp cao, công suất lớn để ứng dụng công nghiệp, kết nối hệ thống điện nguồn lượng tái tạo Đối với ứng dụng mức trung áp 3,3 4,16 kV biến đổi đa mức cấu trúc NPC (Neutral Point Converter) giải pháp tốt [1], ứng dụng có điện áp cao kV, biến đổi đa mức CHB (Cascaded H Bridge) thường sử dụng [1],[2],[4] Bên cạnh ưu điểm, số nhược điểm phải khắc phục biến đổi đa mức như: điều khiển phức tạp mở rộng cấp điện áp cao hơn, cân điện áp tụ điện [4] Gần đây, biến đổi đa * Địa liên hệ: Tel.: (+84) 989.100.084 Email: tranhungcuong@hdu.edu.vn Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 132 (2019) 001-007 kết thu nhiều hạn chế tần số đóng cắt van lớn, tổng độ méo sóng hài THD cao… Bài báo đề xuất phương pháp điều khiển FCS-MPC nhằm mục đích giảm q trình tính tốn phức tạp cho biến đổi MMC để đạt nhiều mục tiêu điều khiển lúc., đồng thời đáp ứng tốt mục tiêu điều khiển MMC lúc như: điều khiển dòng điện đầu bám theo giá trị đặt chúng, giữ cho điện áp tụ điện vị trí cân xung quanh DC/N hạn chế tối đa dòng điện vòng Trong MMC có số hữu hạn trạng thái chuyển mạch, phương pháp FCS-MPC tối ưu trạng thái chuyển mạch để dự đoán hành vi hệ thống chọn trạng thái chuyển mạch phù hợp Phương pháp làm số lượng tính tốn giảm đáng kể Mặc dù q trình tính tốn điều khiển MPC phức tạp điều khiển truyền thống [6], nhiên cho chất lượng điều khiển với độ xác cao ổn định [7] Cách tiếp cận MPC cho MMC báo thực với FCS-MMC để giảm số lượt tính tốn hàm mục tiêu khắc phục phương pháp MPC thực [7] Để thực FCS-MPC, mơ hình MMC ba pha với tải RL trình bày phần Phần phân tích mơ hình tốn học MMC đưa mơ hình tốn học rời rạc biến đổi MMC để thực phương pháp MPC Phần thiết kế hệ thống điều khiển MPC cho MMC Phần thực mơ mơ hình phần mềm Matlab/Simulink Kết luận trình bày phần Hình cấu trúc MMC gồm có ba pha, pha tạo thành từ hai nhánh van chứa số lượng N SM mắc nối tiếp Điện áp xoay chiều pha lấy điểm cuộn kháng Lo nhánh van, điện áp chiều đầu vào cấp nguồn chung Vdc Tổng điện áp DC nhánh van tổng điện áp DC SM nhánh van đó, SM chịu mức điện áp Vdc/N Mức điện áp MMC phụ thuộc vào số lượng SM nhánh van [8] Cấu trúc MMC thực mắc nối tiếp loạt van bán dẫn với nhau, đơn giản q trình điều khiển đồng van giảm tổn thất biến đổi [7] Điều có van phải đóng cắt tần số điện áp thấp Số lượng SM biến đổi MMC phụ thuộc vào yêu cầu cấp điện áp phía xoay chiều cơng suất trao đổi từ phía chiều sang phía xoay chiều Về mặt lý thuyết, số lượng SM tăng lên với số lượng không hạn chế nhằm đáp ứng với yêu cầu mức điện áp đầu phía xoay chiều 2.2 Nguyên lý hoạt động MMC Các SM MMC cấu tạo hai van bán dẫn IGBT mắc song song với tụ điện C hình 1, SM có hai trạng thái chuyển mạch {0;1}, ứng với trạng thái tụ điện nối với mạch, tương ứng với SM ON ngược lại Hình mơ tả trạng thái ON OFF SM trường hợp chiều dòng điện có chiều dương hình 2a trường hợp dòng điện có chiều âm hình 2b Cấu trúc mơ hình tốn học biến đổi MMC 2.1 Cấu trúc biến đổi MMC idc SM + upa SM1 SM1 SM1 SM2 SM2 SM2 SMN SMN SMN S1 S2 _ Vdc/2 VC ro Lo ipa Ua ina L ia Ub Uc r Lo Vdc/2 + una _ R SMN+1 SMN+1 SMN+1 SMN+2 SMN+2 SMN+2 SM2N SM2N SM2N Hình Cấu trúc biến đổi MMC ic Tải Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 132 (2019) 001-007 Trong đó, trạng thái ON hay trạng thái “chèn vào” trạng thái mà điện áp đầu phía AC SM điện áp UC phía DC, trạng thái OFF hay trạng thái “bypass” trạng thái mà điện áp đưa phía AC SM không ON i ON OFF S1 i S1 i S1 i iv  i p  in a) S2 b) Hình Trạng thái ON OFF SM khi: a) dòng điện có chiều dường; b) dòng điện có chiều âm Mạch điện tương đương pha MMC hình Nguyên lý hoạt động SM trình bày [9] idc ip Vp ro Lo ij R L Vj V  V  V v j  N   dc   dc   dc N 2   Lo Vdc/2 iv ro Vn  V v j    dc  N Hình Mạch điện tương đương pha MMC Cuộn cảm Lo có tác dụng hạn chế dòng điện độ mạch [9], Vdc idc điện áp tổng dòng điện phía chiều, ip in dòng điện nhánh nhánh pha MMC, Vp Vn tổng điện áp tụ nhánh nhánh MMC, Vj ij điện áp dòng điện xoay chiều MMC (j = a,b,c) Từ sơ đồ hình 3, mối quan hệ dòng điện nhánh trên, dòng điện nhánh dòng điện phía xoay chiều thể phương trình (1) ij     i  i p  in  v ij  in  iv    (4) Khi có N SM nhánh tắt tất SM nhánh bật, điện áp AC tối đa: in i p  iv  (3) MMC hoạt động tốt điện áp tụ điện phải điều khiển bám so với giá trị đặt Do đó, mục tiêu điều khiển giữ điện áp trung bình tụ bám giá trị đặt giá trị chúng phải cân Trong mơ hình tất điện áp tụ điện coi nguồn điện tương đương hình 3, hoạt động bình thường tất tụ điện tích điện đến giá trị định mức Vdc/N Để đạt giá trị MMC bật SM nhánh tắt 2N-1 SM lại nhánh đó.Các tụ điện tích điện phục vụ cho mức điện áp có giá trị V /N Khi tất tụ điện tích điện, điều khiển gửi tín hiệu để bật tắt SM để tạo điện áp AC từ nguồn DC ngược lại Tại thời điểm lấy mẫu, nửa tổng số SM trong pha bật, tổng số tụ điện làm việc nối từ nhánh nhánh N thời điểm VD: Nếu có N SM nhánh bật tất SM nhánh tắt, điện áp AC tối thiểu: UC S2 Vdc/2 (2) Từ (1) dòng điện phía xoay chiều MMC: S1 UC S2 Vdc V p  Vn  2 OFF UC UC S2 Vj   Vdc Vdc    (5) Từ trình bật tắt SM nên điện áp phía xoay chiều AC ln dao động mức –Vdc/2 đến +Vdc/2 với mối bước điện áp Vdc/N Điện áp AC tăng cách tắt SM nhánh đồng thời bật lúc số SM nhánh 2.2 Phương trình tốn học MMC Từ hình1 ta mơ hình tốn học ba pha mơ tả dòng điện biến đổi MMC công thức (6) 1 i jp  idc  i jz  i j 1 i jn  idc  i jz  i j (1) (j = a,b,c) (6) Trong đó: idc dòng điện phía chiều DC, ijz dòng điện vòng chạy mạch, ij dòng điện đầu phía xoay chiều Các phương trình điện áp nhánh nhánh pha: Theo tài liệu [10] nguyên tắc cộng dồn điện áp pha MMC: Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 132 (2019) 001-007 di jp di j Vdc  v jp  L  Ri jp  Lo  ro i j  vcm dt dt di jn di j Vdc  v jn  L  Ri jn  Lo  ro i j  vcm dt dt x(k+1) so sánh với giá trị đặt xref(k+1) hàm mục tiêu, hàm mục tiêu ứng với trạng thái chuyển mạch (S) tối ưu chọn để đóng cắt van biến đổi, đồng thời làm trạng thái để dự toán tiếp cho chu kỳ sau (7) vcm điện áp pha so với điểm trung tính Điện áp SM xác định (8) vx  S vC x (8) x(k) x3(k+2) (y = p;n) (9) t t(k) i j  i jp  i jn (10)  v jn  v jp  j  a ,b , c Điều khiển dự báo cho biến đổi MMC 3.1 Giới thiệu phương pháp điều khiển dự báo xref(k+1) t(k+2) Phương thức dự báo tín hiệu MPC thể hình Trong tk chu kỳ trích mẫu đầu tiên, tk+1 tk+2 chu kỳ dự đoán trạng thái làm việc tín hiệu điều khiển Giả sử MPC áp dụng cho hệ thống với ba trạng thái chuyển đổi x1, x2 x3 với giá trị đặt không đổi Trong chu kỳ dự báo hàm mục tiêu xác định giá trị sai lệch trạng thái biến điều khiển so với giá trị đặt, giá trị sai lệch bé chọn làm tín hiệu điều khiển cho hệ thống, hình thời điểm tk+1 tín hiệu x3(k+1) chọn làm tín hiệu điều khiển, thời điểm tk+2 tín hiệu x2(k+2) chọn làm tín hiệu điều khiển, tín hiệu chọn hàm mục tiêu xác định có khoảng cách nhỏ so với giá trị đặt Các chu kỳ trình lặp lặp lại nhiều lần dựa thuật tốn lập trình định sẵn  v  v  2v   R  2r  i  (11) jn jp cm j  L  Lo  t(k+1) Hình Nguyên lý dự báo tín hiệu MPC[7] Mơ hình tốn học dòng điện miền thời gian liên tục thu cách giải phương trình (7) (10) thể (11) Ở đây: vcm  x2(k+2) x1(k+2) Trong Sxy mức điện áp nhánh Từ (6) phương trình dòng điện đầu xoay chiều pha cho (10)  x3(k+1) xref(k) x1(k+1)  Vxy  N vxy     vCx  N  x1 dt Ts x2(k+1) x 1 N  Ở S nhận trạng thái 1, từ (8) điện náp nhánh MMC cho (9) di j Ts 3.2 Chiến lược FCS-MPC cho biến đổi MMC S Tối ưu hàm mục tiêu Dự báo biến điều khiển Bộ biến đổi Tải Phần trình bày việc áp dụng FCS-MPC cho MPC So với phương pháp điều khiển MPC khác như: GPC-MPC (Continuous Control Set MPC); EMPC (Explicit MPC) FCS-MPC khơng cần kết hợp với phương pháp điều chế hay điều khiển khác mà cho chất lượng điều khiển tốt Việc giúp cho cấu trúc hệ thống điều khiển đơn giản [10] Ưu điểm FCS-MPC kết hợp yêu cầu điều khiển MMC như: điều khiển dòng điện xoay chiều, điều chỉnh cân điện áp tụ điện SM giảm thiểu dòng điện vòng biến đổi Các bước thực FCS-MPC cho MMC: i) Đo dòng điện nhánh trên, nhánh MMC ba pha, đo điện áp tụ điện vC(k); ii) Tạo giá trị đặt biến điều khiển như: dòng điện đặt ijref(k) với cường độ tần số biến điều khiển mong muốn; iii) Từ mơ hình tốn học liên tục, thực ngoại suy biến điều khiển dòng điện, điện áp tụ, dòng điện vòng theo phương pháp gián đoạn hóa Euler [7] để giá trị dự báo điều khiển x(k) Bộ điều khiển FCS-MPC Hình Cấu trúc điều khiển MPC cho MMC[7] Cấu trúc điều khiển dự báo cho MMC thể hình Nguyên tắc hoạt động MPC dựa việc dự đốn hoạt động mơ hình chu kỳ làm việc tính tốn trạng thái làm việc tối ưu thông qua hàm mục tiêu phụ thuộc vào đặc điểm hệ thống [9] Xét hệ thống với biến cần điều khiển x(k) Dựa mơ hình rời rạc hệ thống, giá trị biến điều khiển x(k) sử dụng để dự đoán giá trị biến tương lai chu kỳ x(k+1) cho tất trạng thái chuyển đổi Tất giá trị dự đốn Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 132 (2019) 001-007 Trong ijref(k + 1), ij(k + 1) dòng điện đặt dòng điện dự báo pha tính từ cơng thức (13) Trong khoảng thời gian trích mẫu đủ nhỏ i jref (k  1)  i jref (k) , (14) viết lại (15) chu kỳ lấy mẫu tk+1; iv) Thực tối ưu hóa biến điều khiển hàm mục tiêu a Xác định số trạng thái chuyển mạch MMC: Trong biến đổi MMC pha với (N + 1), tổng số trạng thái chuyển đổi thể (12) [8]: M  C2NN  2N ! N ! N  N ! J j1  i jref (k)  i j (k  1) Hàm mục tiêu (15) tính giá trị sai lệch nhỏ dòng điện xoay chiều so với giá trị đặt Giá trị tối ưu ứng trạng thái chuyển đổi để làm tín hiệu đóng cắt van để tạo dòng điện tải xoay chiều làm giá trị để dự báo cho chu kỳ lấy mẫu (12) Trong MMC ba pha, số trạng thái chuyển đổi M3 trạng thái Ví dụ: biến đổi ba pha MMC với 11(N=10) mức điện, số trạng thái chuyển mạch ba pha MMC 1847563 Vì hàm mục tiêu tính tất trạng thái chuyển đổi chu kỳ điều khiển nên số trạng thái chuyển đổi định tốc độ xử lý tín hiệu điều khiển Khi số mức biến đổi tăng lên, số trạng thái chuyển đổi tăng lên theo cấp số nhân, áp lực tính tốn điều khiển thời gian trích mẫu lớn Vì phương pháp FCS-MPC tối ưu trạng thái tính tốn chọn trạng thái phù hợp trước đưa vào xử lý tín hiệu c Điều khiển cân điện tụ điện: Việc đảm bảo cân điện áp tụ điện SM vấn đề quan trọng điều khiển MMC đểMMC hoạt động an tồn đảm bảo chất lượng đến dạng sóng đầu [7] Từ (9) ta suy mơ hình gián đoạn tín hiệu dự báo điện áp nhánh phương trình (16)  V jy  N v jy k  1     vCx  k   N  x 1 b Điều khiển tín hiệu dòng điện xoay chiều: i i*(k): Giá trị dòng điện đặt i*(k) t  V  J j  J1 j  1   V jy  k  1  dc  N   i(k+1) i*(k) i(k) t(k-1) (16) Để điều khiển cân điện áp tụ điện, phương pháp FCS-MPC thực bổ sung biến điều khiển vào hàm mục tiêu Do đó, lúc hàm mục tiêu điều khiển cơng thức (17): i(k): Giá trị dòng điện thực i(k) (15) (17) d Điều khiển dòng điện vòng: t(k) t(k+1) t(k+2) t(k+3) Theo [7] điện áp tụ điện tạo dòng điện lưu thơng mạch, việc điều khiển cân điện áp tụ điện, việc hạn chế dòng điện vòng yếu tố cần thiết Mơ hình tốn học rời rạc dòng điện vòng thực theo cơng thức (18) Hình Thuật tốn điều khiển dự báo dòng điện Mục đích dự báo tín hiệu dòng điện điều khiển cho dòng điện bám sát dòng điện đặt Theo Euler mơ hình gián đoạn dòng điện xoay chiều phía đầu là: i j k  1  Ai j  k   B[v jn  k  1  v jp k  1 ivj  k  1  (13)  2vCm  k  1 C ] Ts Vdc  v pj  k  1  vnj  k  1  Lo  ivj  k  (18) Trong đó: vCm k  1  A  1  R  2ro Ts L  Lo  Hàm mục tiêu FCS-MPC cho MMC hình thành từ việc kết hợp điều khiển biến dòng điện, điện áp tụ điện, dòng điện vòng mô tả (19) v jn k 1  v jp k 1 j  a ,b , c ; B Ts ; L  Lo J j  J1 j  J j  2 iVj  k  1 C  1 1 T Trong λ1, λ2 trọng số, trọng số có vai trò tạo liên hệ biến thống chúng đơn vị tính tốn, trọng số chưa có phương pháp tính cụ thể mà xác định phương pháp thực nghiệm [9] Từ (19) ta có sơ đồ thuật tốn để điều khiển MMC theo FCS-MPC Từ phương trình (13) ta xác định hàm mục tiêu tối ưu hóa giá trị dòng điện (14): J j1  i jref (k  1)  i j (k  1) (19) (14) Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 132 (2019) 001-007 Hình mơ tả điện áp pha a,b,c phía xoay chiều Ta thấy điện áp biến đổi 11 mức, tín hiệu điện áp hoạt động ổn định chu kỳ đầu tiên, khơng xẩy tình trạng q độ thay đổi đột ngột chế độ làm việc thời điểm 0.15s Điều chứng tỏ phương pháp điều khiển đề xuất cho tín hiệu điện áp phía đầu xoay chiều biến đổi với chất lượng tốt chế độ làm việc bình thường thay đổi chế độ làm việc Thực đo VCxj(k), Tính ij(k+1), Vjy(k+1), ivj(k+1) inj(k), ipj(k) dựa vào (12),(15) (17) for Sx(k) Tính hàm mục tiêu J3j dựa vào công thức (18) J3j < Jmin ? ijref(k) Sai Đúng 6000 Chọn trạng thái đóng cắt van tối ưu Sxj = Sxj(k) Jmin = J3j 4000 2000 vAN(V) Sai Đúng -2000 Thực đóng cắt van Sxj -4000 Hình Lưu đồ thuật tốn áp dụng MPC cho MMC -6000 Mô phương pháp khiển FCS-MPC cho MMC 0.3 (V) BN v 2000 -2000 -4000 -6000 Bảng Thông số mô Đơn vị V mH Ω µs V Hz 0.1 0.2 0.3 6000 2000 CN (V) 4000 v Giá trị 6000 10 200 5000 50 0.2 4000 Trong phần này, tác giả trình bày kết mơ phần mềm MATLAB/SIMMULINK cho biến đổi MMC hình áp dụng phương pháp điều khiển dự báo FCS-MPC, thơng số mơ trình bày bảng Thông số Vdc Điện cảm lọc Lo Điện trở lọc ro Chu kì trích mẫu Ts Điện áp tải Tần số lưới 0.1 6000 -2000 -4000 -6000 0.1 0.2 0.3 t (s) Kết mô dòng điện ba pha phía xoay chiều hình cho thấy dòng điện bám sát giá trị đặt sau 0.001s có dạng sin chuẩn Hình Điện áp phía xoay chiều biến đổi pha a,b,c 150 Signal Selected signal: 15 cycles FFT window (in red): cycles Signal mag 50 abc i (A ) 100 4000 2000 -2000 -4000 -50 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Time (s) FFT analysis -100 Fundamental (50Hz) = 4713 , THD= 3.38% -150 1.8 0.1 t (s) 0.2 0.3 1.6 Mag (%of Fundamental) Hình Dòng điện ba pha phía xoay chiều tải Khi thay đổi giá trị dòng điện đặt từ 60A lên 120A thời điểm 0.15s phương pháp điều khiển MPC cho đáp ứng với khoảng thời gian nhỏ 0.001s Kết cho thấy điều khiển cho đáp ứng nhanh đạt chất lượng tốt 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 12 14 16 18 20 Harmonic order Hình 10 Kết phân tích Fourier dạng điện áp vAZ Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 132 (2019) 001-007 Thực phân tích Fourier dạng điện áp tải xoay chiều khoảng thời gian từ 0.16 đến 0.2 s với bậc sóng hài lớn tới bậc sóng hài 20 hình 10 Kết phân tích tổng độ méo sóng hài THD = 3.38%, sóng hài bậc cao với biên độ lớn xuất ít, cho thấy rõ ưu điểm áp dụng phương pháp FCS-MPC cho MMC với việc chọn lựa trạng thái đóng cắt tối ưu Kết phân tích cho thấy mục tiêu điều khiển đạt kết mong muốn THD mức thấp, giá trị dòng điện điện áp đảm bảo hoạt động ổn định tải phía xoay chiều Hình 11 cho thấy điện áp tụ biến đổi nạp tới 1000V khoảng thời gian ngắn 0.01s, trình dao động khơng ổn định khoảng 0.01s đến 0.1s, sau hoạt động ổn định chu kỳ làm việc Ở thời điểm 0.15s thay đổi chế độ làm việc điện áp tụ biến đổi không đáng kể hoạt động trở lại khoảng thời gian ngắn Điều thể rõ vai trò phương pháp FCS-MPC tác động ổn định điện áp tất tụ hoạt động chế độ cân khiển kết hợp ba biến điều khiển lúc q trình thiết kế điều khiển trở nên linh hoạt hiệu Từ yêu cầu điều khiển, phương pháp FCSMPC thực cho MMC giảm thiểu việc tính tốn trạng thái đóng cắt van bán dẫn dựa mơ hình tốn học, cuối chọn lựa trạng thái đóng cắt tối ưu từ trình dự báo để phát xung điều khiển cho van bán dẫn Các kết thu nhận thơng qua phân tích lý thuyết mơ cho thấy phương pháp điều khiển đáp ứng yêu cầu chất lượng điện áp với THD thấp 5% So với phương pháp điều chế khác cho MMC thết tài liệu [7], [10] phương pháp có số THD nhỏ hơn, điều chứng minh phương pháp điều khiển MPC cho thấy rõ ưu điểm như: khả đáp ứng nhanh xác MPC có số nhược điểm như: đòi hỏi xử lý phải hoạt động liên tục chế độ online với cường độ tính tốn cao Tài liệu tham khảo [1] Razieh Nejati Fard (2013) Predictive Control in Power Electronics Converters Specialization Project [2] J Rodriguez, J Cortes, R M Kennel, M P Kazmierkowski (2009) Model predictive control- a simple and powerful method IEEE Power Electronics and Motion Control Conference, Chile [3] P Cortes, J Rodriguez, R (2006) Cost functionbased predictive control for power converters Proc 32nd Annu IEEE IECON, pp.2268 -2273 [4] P Antoniewicz, M P Kazmierkowski, P Cortes, J Rodriguez and A Sikorski (2007) Predictive direct power control algorithm for three phase AC/DC converter IEEE EUROCON Conf., pp.1530 -1534 [5] P Cortes, J Rodriguez, D E Quevedo and C Silva (2008) Predictive current control strategy with imposed load current spectrum IEEE Trans Power Electron., vol 23, no 2, pp.612 -618 [6] J Rodriguez, J Pontt, P Correa, P Lezana and P Cortes (2005) Predictive power control of an AC/DC/AC converter Conf Rec 40th IEEE IAS Annu Meeting, vol 2, pp.934 -939 [7] Q Jiangchao, M Saeedifard (2012) Predictive Control of a Modular Multilevel Converter for a Back- to-Back HVDC System IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 27, No 3, pp 1538- 1547 [8] P Cortes, S Kouro, B La Rocca, R Vargas (2009) Guidelines for weighting factors design in model predictive control of power converters and drives IEEE Int Conf Ind Technol, pp174-179 [9] Sergio Vazquez, Jose Rodriguez, Marco Rivera, Model Predictive Control for Power Converters and Drives: Advances and Trends IEEE Transactions on industrial electronics, Vol 64, No 2, February 2017 [10] Jun Mei, Bailu Xiao, Ke Shen, Modular Multilevel Inverter with New Modulation Method and Its Application to Photovoltaic Grid-Connected IEEE transactions on power electronic, Vol.28, No.11, November2013 1200 1100 D c -L in k(V ) 1000 900 800 700 600 500 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 t (s) Hình 11 Hình dạng điện áp tụ điện SM pha biến đổi MMC 30 20 z i (A ) 10 -10 -20 -30 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 t (s) Hình 12 Dòng điện vòng ba pha biến đổi MMC Hình 12 mơ tả hoạt động dòng điện vòng ba pha biến đổi, kết cho thấy ban đầu từ đến 0.1s dòng điện vòng có giá trị lớn hoạt động khơng ổn định Tuy nhiên sau 0.1s dòng điện vòng hoạt động ổn định mức thấp thay đổn chế độ làm việc thời điểm 0.15s dòng điện vòng dao động với biên độ nhỏ 10A trở lại trạng thái hoạt động ổn định thời gian ngắn Kết luận Bài báo áp dụng phương pháp điều khiển FCS-MPC cho biến đổi MMC, để điều khiển giá trị dòng điện, điện áp phía tải xoay chiều biến đổi, điều khiển giảm thiểu giá trị dòng điện vòng chạy mạch, phương pháp thực điều ... [7] để giá trị dự báo điều khiển x(k) Bộ điều khiển FCS-MPC Hình Cấu trúc điều khiển MPC cho MMC[ 7] Cấu trúc điều khiển dự báo cho MMC thể hình Nguyên tắc hoạt động MPC dựa việc dự đoán hoạt động... phương pháp điều chế hay điều khiển khác mà cho chất lượng điều khiển tốt Việc giúp cho cấu trúc hệ thống điều khiển đơn giản [10] Ưu điểm FCS-MPC kết hợp yêu cầu điều khiển MMC như: điều khiển dòng... ưu ứng trạng thái chuyển đổi để làm tín hiệu đóng cắt van để tạo dòng điện tải xoay chiều làm giá trị để dự báo cho chu kỳ lấy mẫu (12) Trong MMC ba pha, số trạng thái chuyển đổi M3 trạng thái