Nghiên cứu bộ nghịch lưu tăng áp ba pha ghép tầng đa bậc = study the three phase cascaded multilevel switched boost inverter

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  TR N N TH N NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH Ư T NG P PH GH P T NG Đ C (STUDY THE THREE-PHASE CASCADED MULTILEVEL SWITCHED BOOST INVERTER) LU N ÁN TIẾN SĨ TP HỒ CHÍ MINH, N M 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TR N N TH N NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH Ư T NG P PH GH P T NG Đ C (STUDY THE THREE-PHASE CASCADED MULTILEVEL SWITCHED BOOST INVERTER) C ỹ thuật điện : 62520202 Phản biện độc lập 1: GS.TS Phạm Thị Ngọc Yến Phản biện độc lập 2: PGS.TS Nguyễn Đình Tuyên Phản biện 1: GS.TS Lê Kim Hùng Phản biện 2: GS.TS Phạm Thị Ngọc Yến Phản biện 3: PGS.TS Lê Minh Phương G I ỚNG DẪ O TS Nguyễn Minh Khai PGS.TS Ngơ Cao Cường C CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Người hướng dẫn khoa học 1: T N Người hướng dẫn khoa học 2: G T N Luận án tiến sĩ bảo vệ cấp ường T ường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 21 tháng năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận án tiến sĩ cấp ường gồm: TT Chức danh Hộ đồng Họ tên G T H Ngu n u n u nh G T G T im H ng ch Phản biện hạm Th Ngọc ến Phản biện L Minh hương hản iện Ngu n Minh T m Ủy viên Ngu n Th nh hương Ủy viên G T G T G T L Ch G T Hu nh Ch u u Ủ vi n, Thư ký i TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO AU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày … tháng… năm 20… NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TIẾN Ĩ Họ n NC T ần ăn Thuận Giới tính: Nam Ng , háng, năm sinh Chu n ng nh 19 Nơi sinh huậ điện c Gi ng M số NCS:1542830002 I- Tê đề tài: Nghiên cứu ngh ch ưu ăng h gh ầng đ ậc (study the three-phase cascaded multilevel switched boost inverter) II- Nhiệm vụ nội dung: - T m hi u cấu h nh ăng uấ cấu h nh mạch ăng C- C u n hống, s sánh ưu nhược m, đ đ C- C với hệ số ăng v hiệu suấ c - Tìm hi u cấu hình ngh ch ưu ăng đ ậc, so sánh, nhận xét - Nghiên cứu đ xuất cấu hình ghép tầng ngh ch ưu ăng đ ậc ba pha giải vấn đ đặt k - Xây dựng mơ hình mơ thực nghiệm cấu h nh đ xuất - Đ xuấ hướng nghiên cứu phát tri n tiế h c đ i III- Ngày giao nhiệm vụ: 03/09/2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 21/12/2018 V- Cán ớng dẫn: T Ngu n Minh h i, G T CÁN BỘ HƯỚNG DẪN G T N VIỆN ĐÀO TẠO AU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH N Cường CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS Nguy G T Ng C T PGS.TS Huỳnh Châu Duy ii LỜI A T i in c m đ n đ c ng ĐOAN nh nghi n cứu c a riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực v chư ng cơng bố bất k cơng trình khác T i in c m đ n ằng giú đỡ cho việc thực luận án c đ cảm ơn đầ đ thông tin trích dẫn s ng luận án đ rõ nguồn gốc Nghiên cứu sinh thực Trầ Vă T iii i ận LỜI CẢ ƠN Xin cảm ơn Thầ TS NGUYỄN MINH KHAI, PGS.TS NGÔ AO ƯỜNG đ ận nh hướng dẫn thực luận án n Chân thành g i lời cảm ơn đến n giám hiệu, n h q thầ c ường Đại học Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh đ giảng , hướng dẫn tạo u kiện huận ợi, m i ường học tậ , nghi n cứu ốt cho tơi Cảm ơn n nh đạo, q Thầ C iện k huậ H T CH, h ng hí nghiệm Điện – Điện t T ường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, h ng hí nghiệm Điện c ng suấ c ng nghệ c Minh c ng uý h h h huộc T ường Đại học hạm h n n huậ Tp Hồ Chí h ng ng n đ hỗ trợ, giú đỡ thời gian học tập, nghiên cứu c ng hoàn chỉnh luận án Xin cảm ơn Đ GH T ường Đại học Thông tin Liên lạc v đồng nghiệp đ động vi n, giú đỡ suốt thời gian học tập, nghiên cứu công tác Trân trọng ! Nghi n cứu sinh Trầ Vă T iv ận TÓM TẮT Cấu hình ngh ch ưu ăng I ( wi ch ngh ch ưu ăng cải tiến qSBI (quasi- wi ch boost inverter), cấu hình s inv ) c đặc tính hoạ động ương ự với cấu hình ngh ch ưu nguồn Z (Z−s u c inv ) ăng giảm điện áp với mộ gi i đ ạn chuy n đổi v giảm ảnh hư ng c t EMI Không thế, cấu hình qSBI s d ng í với cấu hình ngh ch ưu nguồn Z Kết nhi u điện điện cuộn cảm so kích hước v giá h nh c I giảm đáng k so với ngh ch ưu nguồn Z Vì vậy, cấu hình ngh ch ưu ăng cải tiến hồn tồn có th ng đ thay ngh ch ưu u n thống c ng ngh ch ưu nguồn Z ứng d ng công suất thấp Mặt khác, không giống việc u n điện áp DC cấu hình ngh ch ưu nguồn Z, giá tr đỉnh c điện áp DC c a cấu hình qSBI ln với giá tr điện áp t điện n n điện áp DC c a cấu hình qSBI có th u n trực tiế điện áp t Trong luận án n h ng u u n tìm hi u phân tích hoạ động c a cấu hình ngh ch ưu ăng v gh ầng ngh ch ưu ăng u chế độ ộng ung ( M) s d ng đ h n cạnh đ , hương há ăng độ lợi áp cải thiện số u chế nâng cao chấ ượng đầu c a ngh ch ưu Ngoài ra, u n điện áp t c ng s d ng đ giữ ổn đ nh điện ngõ đầu v cấp h đổi có h Dựa cấu h nh h đ điện áp nguồn cung đổi c a tải đầu I h n ích, cấu h nh gh ầng ngh ch ưu ăng ậc đ xuấ với mộ giải thuậ u n module cấu h nh nhằm giảm thành phần sóng hài bậc cao c điện ngõ ch mạch ngh ch ưu c ng nghi n cứu v đ iệc n ng c hệ số ăng uấ nhằm cải hệ số ăng ch mạch ngh ch ưu Cấu hình ghép tầng ngh ch ưu ăng đ xuất giải u ế vấn đ xảy ngh ch ưu đ vấn đ không cân nguồn áp chi u ( C) đầu v n ấ k h n thống n ng c ậc ậc truy n thống đ cung cấp giữ m u việc ng n mạch xảy cầu H c a mạch ngh ch ưu u n nhi u điện t ( MI) Các kế hình mơ phần m m chuyên d ng thực nghiệm phần cứng có s 20F2 h đ hệ số ăng , đồng thời làm cải thiện độ méo hài tổng (THD) giảm ảnh hư ng c TM a uả ý hu ế ki m nm IM Đồng thời cấu h nh đ xuấ c ng d ng mạch u n ằng ki đ ki m chứng với kết h n ích ý hu ế v m v ABSTRACT The switched boost inverter (SBI) topology, especially the quasi switched boost inverter (qSBI) configuration, has the same operating principle as the Z-source inverter such as buck-boost voltage capability with single stage conversion and electromagnetic interference immunity Compared to the Z-source inverter, the qSBI uses one less inductor and one less capacitor As a result, the size and cost of the inverter are reduced significantly So, the qSBI can be used to replace traditional inverters as well as Z-source inverter in low power applications On the other hand, unlike the DC-link voltage controller in the Z-source inverter topology, because the peak DC-link voltage of the qSBI is the same as the capacitor voltage of the qSBI, the dc-link voltage in the qSBI can be controlled directly through controlling the capacitor voltage This dissertation will focus on researching and analyzing the operating principles of the quasi switched boost inverter topology and cascaded three-phase quasi switched boost inverter topology Besides, a new PWM control method will be applied to the quasi switched boost inverter topology to increase voltage gain and improve modulation index for high-quality output The capacitor voltage controller is also used to keep constant output voltage when the supply input voltage changes or the load changes Based on the analyzed quasi switched boost inverter topology, a cascaded threephase multi-level quasi switched boost inverter is proposed Furthermore, a control strategy for modules in the cascaded multilevel quasi switched boost inverter topology is also presented to limit high harmonic components in output voltage Besides, The strategies for improving voltage gain is also researched and proposed The cascaded three-phase multi-level quasi switched boost inverter solves the problems in the traditional cascaded multi-level inverter as following: unbalance source DC voltage problem between modules, module voltage cannot be higher than source DC voltage and shoot-through problem in H-bridge Also, the cascaded three-phase multi-level quasi switched boost inverter has low THD of the output voltage and EMI imunity capability Theoretical results will be verified on the simulation model using PSIM software The proposed configuration was also tested on hardware using the DSP TMS320F28335 control circuit to validate the theoretical analysis and simulation results vi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v DANH SÁCH HÌNH x DANH SÁCH BẢNG xii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xiii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan v vấn đ nghi n cứu 1.1.1 Nghị h - t nt m 1.1.2 Nghị h p tụ (Flying capacitor inverter) 1.1.3 Nghị h ng gh 1.2 M c đích c t ng đ tài 1.3 Nhiệm v giới hạn c t đ tài 10 hương há nghi n cứu 10 Đi m c đ tài 10 1.6 Giá tr thực ti n c đ i 11 CHƯƠNG CƠ Ở LÝ THUYẾT 12 Ngh ch ưu nguồn 12 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Nghị h 2.1.3 C tăng t hình 12 n th ng nghị h 2.1.4 Nghị h CHƯƠNG h n -H) 14 ng ồn Z 15 tăng 18 O ÁNH NGHỊCH LƯ T NG Á NGHỊCH LƯ CẦU H KẾT HỢP MẠCH T NG Á vii CẢI TIẾN ( I) ỚI C-DC 25 Đặt vấn đ 25 3.2 Phân tích, so sánh cấu h nh c I-H qSBI 26 3.2.1 Giới thiệu khái quát 26 3.2.2 Phân tích nguyên lý ho t ộng c u hình BDI-H 28 3.2.3 Phân tích nguyên lý ho t ộng c u hình qSBI 30 Tính ế án ổn h v hiệu suấ 35 nh t nm h nh t n - t 37 nh t n ộn ảm 37 nh t n tụ 35 ện 37 uả hực nghiệm 39 ế uận chương 40 CHƯƠNG Đ T MẠCH T NG Á C-DC 42 Đặt vấn đ 42 4.2 Bộ ăng 22 há C- C kh ng cách độ lợi cao 43 át 43 xu t c hình m h tăng 4.2.3 Kết mô th hông h - ộ lợi cao 47 ngh ệm 54 Kết luận chương 57 CHƯƠNG GHÉ TẦNG NGHỊCH LƯ T NG Á Cấu h nh gh ầng (C sc ) ngh ch ưu h A HA 58 u n hống 58 5.2 Ghép tầng ngh ch ưu ăng pha 59 5.2.1 C u hình ghép t ng nghị h t 5.2.2 C u hình ghép t ng nghị h tăng Đ n th ng pha 59 ải tiến pha 60 uấ cấu hình ghép tầng ngh ch ưu ăng h (CH -qsBI) 63 5.3.1 Giới thiệu c u hình 63 viii ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TR N N TH N NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH Ư T NG P PH GH P T NG Đ C (STUDY THE THREE- PHASE CASCADED MULTILEVEL SWITCHED BOOST INVERTER) ... voltage when the supply input voltage changes or the load changes Based on the analyzed quasi switched boost inverter topology, a cascaded threephase multi-level quasi switched boost inverter is... analyzing the operating principles of the quasi switched boost inverter topology and cascaded three- phase quasi switched boost inverter topology Besides, a new PWM control method will be applied to the