Nghiên cứu kỹ thuật điều rộng xung (PWM) điều khiển bộ nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc (multilevel clamped multilevel converters)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUỐC ANH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐIỀU RỘNG XUNG (PWM) ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC DẠNG KẸP ĐA BẬC (MULTILEVEL-CLAMPED MULTILEVEL CONVERTERS) Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUỐC ANH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐIỀU RỘNG XUNG (PWM) ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC DẠNG KẸP ĐA BẬC (MULTILEVEL-CLAMPED MULTILEVEL CONVERTERS) Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Phan Quốc Dũng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Lê Minh Phương (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS Trần Trung Tính (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ ngày 21 tháng 12 năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Chủ tịch hội đồng : PGS TS NGUYỄN VĂN NHỜ Thư ký hội đồng : TS LÊ KỶ Ủy viên Phản biện : PGS TS LÊ MINH PHƯƠNG Ủy viên Phản biện : TS TRẦN TRUNG TÍNH Ủy viên hội đồng : PGS TS PHAN QUỐC DŨNG Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau nhận luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày … tháng… năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Quốc Anh Phái: nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/10/1988 Nơi sinh: Cần Thơ Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện MSHV: 11820126 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐIỀU RỘNG XUNG (PWM) ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC DẠNG KẸP ĐA BẬC (MULTILEVEL-CLAMPED MULTILEVEL CONVERTERS) II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Giải thích nguyên lý hoạt động nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc (MLC2) tìm phương pháp điều khiển nghịch lưu Tìm dạng tổng quát với số bậc tổng quát cho nghịch lưu MLC2 Xác định giải thuật điều khiển nghịch lưu MLC2 Mô nghịch lưu MLC2 Phân tích điện áp nghịch lưu, so sánh, đánh giá tiêu: hài bậc một, hệ số méo dạng, tổn hao công suất so với nghịch lưu đa bậc cổ điển tương ứng Ứng dụng nghịch lưu MLC2 cho hệ thống pin lượng mặt trời III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày … tháng… năm 2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 30 tháng 11 năm 2012 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Phan Quốc Dũng Nội dung luận văn thạc sĩ hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS TS Phan Quốc Dũng CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH -i- LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa, Khoa Điện - Điện tử, Phịng thí nghiệm nghiên cứu Điện tử Công suất hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Cảm ơn Quý Thầy, Cô giảng dạy năm học qua, đặc biệt: PGS TS Phan Quốc Dũng, Trưởng môn Cung cấp điện, Khoa Điện – Điện Tử - Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM tận tình giúp đỡ hướng dẫn học tập suốt trình nghiên cứu thực luận văn, ý kiến thầy giúp học tập khắc phục thiếu sót để hồn thành luận văn Cảm ơn anh em đồng nghiệp, bạn bè chia kiến thức, cơng việc để tơi có thêm kiến thức thời gian hoàn hoàn tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn gia đình người thân tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ chỗ dựa vững giúp an tâm học tập, nghiên cứu, vượt qua khó khăn thời gian qua Kính chúc sức khoẻ - ii - TĨM TẮT LUẬN VĂN Giới thiệu Trong vài thập kỷ gần đây, nghịch lưu ngày phổ biến việc điều khiển hệ truyền động công suất lớn, ứng dụng FACTS (Flexible AC Transminssion Systems) hay nghịch lưu điện chiều DC thành điện xoay chiều để kết nối với hệ thống điện AC Với phát triển công nghệ chế tạo linh kiện điện tử công suất mạch điều khiển, nghịch lưu nghiên cứu sâu đạt tiến nâng cao điện áp, công suất đầu chất lượng điện áp Trong đó, nghịch lưu đa bậc tạo nguồn điện áp cao với công suất lớn giải vấn đề giới hạn giá trị điện áp dòng điện định mức tụ điện linh kiện bán dẫn Nâng cao điện áp, công suất, chất lượng điện áp, giảm số phần tử, giảm giá thành chế tạo cấu trúc đơn giản mục tiêu trình nghiên cứu cải tiến nghịch lưu đa bậc Để nâng cao điện áp ngõ giảm hệ số méo dạng toàn phần việc cần thiết tăng số bậc nghịch lưu Điều dẫn đến việc chỉnh lưu có kích thước lớn cồng kềnh, cơng tác chế tạo mạch in phức tạp, đồng thời, cần phải sử dụng lượng lớn khóa (SW) diode kẹp (Clamped-diode) nghịch lưu đa bậc kiểu nối diode hay việc tăng điện dung tụ số lượng tụ điện sử dụng mạch nghịch lưu đa bậc kiểu nối tụ tăng nhiều nguồn độc lập sử dụng nghịch lưu đa bậc kiểu ghép tầng nghịch lưu với nguồn DC độc lập Từ phát triển khả cách điện IGBT điện áp cao, cấu trúc nghịch lưu đa bậc nhà khoa học bước đầu nghiên cứu đưa nhằm giảm giá thành chế tạo không làm giảm chất lượng - iii - điện áp ngõ Cấu trúc nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc – “Multilevelclamped multilevel converters” (MLC2) cấu trúc nghịch lưu đa bậc có khả giảm số linh kiện sử dụng, nâng cao điện áp công suất ngõ đồng thời đảm bảo chất lượng điện áp “Nghiên cứu kỹ thuật điều rộng xung (PWM) điều khiển cho nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc (MultilevelClamped Multilevel Converters)” nhằm tiếp tục phát triển kỹ thuật điều khiển nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc này, tìm cấu trúc tổng quát khảo sát số ưu, khuyết điểm, ứng dụng nghịch lưu MLC2 Điểm nhấn luận văn Khảo sát dạng tổng quát với số bậc tổng quát nghịch lưu MLC2 Xem xét ưu, khuyết điểm nghịch lưu MLC2 đề xuất hướng tìm cấu hình tối ưu cho nghịch lưu MLC2 với số bậc tổng quát Xác định giải thuật điều khiển nghịch lưu MLC2 phương pháp véctơ không gian với việc số véctơ bị thiếu so với véctơ nghịch lưu đa bậc cổ điển Ứng dụng nghịch lưu MLC2 cho nguồn lượng mặt trời Ý nghĩa đề tài Nghiên cứu nghịch lưu MLC2 nhằm điều khiển có hiệu nghịch lưu có cấu trúc đơn giản, giá thành hạ đảm bảo chất lượng điện áp nghịch lưu Tạo tài liệu tham khảo nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc (MLC2), tạo điều kiện để phát triển thực nghiệm mơ hình nghịch lưu - iv - MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii MỤC LỤC iiv PHỤ LỤC HÌNH vii PHỤ LỤC BẢNG xiii KÝ HIỆU VIẾT TẮT xiv CHƯƠNG BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC DẠNG KẸP ĐA BẬC – MLC2 VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc – MLC2 1.1.1 Cấu tạo nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc – MLC2 1.1.2 Vai trò cụm linh kiện 1.1.3 Nguyên lý hoạt động 1.1.4 Bộ nghịch lưu bậc dạng kẹp đa bậc - MLC2 bậc 1.2 Phương pháp điều khiển nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc – MLC2 1.2.1 Phương pháp điều khiển tổng quát 1.2.2 Phương pháp điều khiển cho nghịc lưu MLC2 bậc CHƯƠNG DẠNG TỔNG QUÁT CỦA BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC DẠNG KẸP ĐA BẬC – MLC2 2.1 Hai cấu trúc tổng quát nghịch lưu MLC2 nhiều pha 2.1.1 Các khóa kẹp điện áp đa bậc sử dụng riêng cho pha 2.1.2 Các khóa kẹp điện áp đa bậc dùng chung cho pha 10 2.2 Cấu hình tối ưu cho nghịch lưu MLC2 11 2.2.1 Tối thiểu linh kiện sử dụng 11 2.2.2 Đơn giản nguyên lý điều khiển 12 2.2.3 Định hướng tối ưu cấu hình cho nghịch lưu MLC2 16 CHƯƠNG GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU MLC2 BẬC 18 3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp điều khiển điều rộng xung véctơ không gian – SVPWM 18 -v- 3.1.1 Sơ lược phương pháp điều rộng xung véctơ không gian 18 3.1.2 Giải thuật điều khiển điều rộng xung véctơ không gian cho nghịch lưu đa bậc 19 3.2 Phương pháp điều rộng xung véctơ không gian điều khiển nghịch lưu MLC2 bậc 25 3.2.1 Cấu tạo nghịch lưu MLC2 năm bậc 25 3.2.2 Chuyển đổi véctơ không gian xác định véctơ điều chế trực tiếp từ nghịch lưu MLC2 26 3.2.3 Chuyển đổi véctơ từ hệ trục αβ sang hệ hai pha không vng góc trục kl 29  3.2.4 Tính tốn tìm véctơ khơng gian điện áp gần với điện áp Vref ( k , l ) tính tốn tỉ lệ trì véctơ khơng gian điện áp d0, d1, d2 29 3.2.5 Chọn tổ hợp đóng, ngắt khóa phù hợp để tạo véctơ không gian với thời gian trì tìm bước 34 CHƯƠNG MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU MLC2 BẬC 47 4.1 Mơ hình mơ 47 4.1.1 Giới thiệu 47 4.1.2 Vai trò thành phần mơ hình mơ 48 4.2 Kết mô 54 4.2.1 Khảo sát thay đổi điện áp, đòng điện tỉ lệ điều biên m 54 4.2.2 Khảo sát kết ngõ thay đổi tần số 67 CHƯƠNG ỨNG DỤNG BỘ NGHỊCH LƯU MLC2 75 5.1 Giới thiệu mơ hình ứng dụng 75 5.1.1 Mô hình pin lượng mặt trời 76 5.1.2 Bộ BuckBoost IncCond MPPT 79 5.1.3 Mơ hình nghịch lưu MLC2 bậc 80 5.1.4 Bộ lọc dòng điện nghịch lưu 81 5.1.5 Hệ thống nguồn xoay chiều ba pha 81 5.1.6 Mơ hình điều khiển nghịch lưu 82 5.2 Mô ứng dụng nghịch lưu MLC2 bậc cho nguồn pin lượng mặt trời 85 5.2.1 Điều kiện ánh sáng tốt, nhiệt độ 250C, tải R 85 - vi - 5.2.2 Điều kiện nhiệt độ không đổi, xạ ánh sáng thay đổi đột ngột, tải R 89 5.2.3 Điều kiện ánh sáng tốt, nhiệt độ 330C, tải R 93 5.2.4 Điều kiện nhiệt độ 330C, xạ ánh thay đổi đột ngột, tải R 97 5.2.5 Điều kiện ánh sáng tốt, nhiệt độ không đổi, tải RL 99 5.2.6 Thay đổi điện áp tụ cấp nguồn cho nghịch lưu Vdc = 600V 102 5.2.7 Điều chỉnh cung nghịch lưu MLC2 bậc cung cấp công suất phản kháng 105 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 6.1 Ưu điểm nhược điểm 106 6.1.1 So sánh với nghịch lưu bậc dạng kẹp diode 106 6.1.2 So sánh với nghịch lưu bậc dạng kẹp diode 110 6.2 Hạn chế kiến nghị phát triển 113 6.2.1 Tìm cấu hình tối ưu cho nghịch lưu 113 6.2.2 Giải thuật điều khiển nghịch lưu MLC2 113 6.2.3 Tăng số bậc nghịch lưu 113 6.2.4 Thực mơ hình thực tế 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 117 - 103 - Hình 5.49 Điện áp pha a nghịch lưu trước qua lọc Hình 5.50 Tỉ lệ điều biên m giai đoạn xác lập - 104 - Hình 5.51 Sóng dịng điện MLC2 điện áp lưới (đã giảm tỉ lệ) Hình 5.52 Dịng điện ba pha lưới điện nghịch lưu MLC2 Tuy có thay đổi giá trị điện áp Vdc đặt trị hiệu dụng điện áp ngõ dòng điện ngõ nghịch lưu không thay đổi so với trường hợp Vdc đặt 650V khoảng thời gian xác lập Khi đặt Vdc nhỏ có điểm lợi tỉ lệ điều biên lớn hơn, làm cho hệ số méo dạng toàn phần giảm xuống giai đoạn xác lập Nhưng đặt Vdc nhỏ có khuyết điểm thay đổi tỉ lệ điều biên nhỏ bị giới hạn 1, từ giai đoạn độ đặt điện áp Vdc nhỏ lâu khó xác lập - 105 - 5.2.7 Điều chỉnh cung nghịch lưu MLC2 bậc cung cấp công suất phản kháng Khi đặt giá trị I q  ta có đươc kết mơ sau ref Hình 5.53 Điện áp nghịch lưu trước qua lọc Hình 5.54 Sóng dịng điện MLC2 điện áp lưới (đã giảm tỉ lệ) Từ hình 5.54 ta thấy dạng sóng dịng điện cấp từ nghịch lưu sớm pha so với điện áp lưới chứng tỏ nghịch lưu phát công suất phản kháng - 106 - CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Ưu điểm nhược điểm Cấu trúc nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc – MLC2 với phần điện áp kẹp dùng chung đề cập phân tích kiến nghị cải tiến nghịch lưu đa bậc dạng kẹp diode Bộ nghịch lưu có số ưu điểm so với nghịch lưu dạng kẹp diode cổ điển sau: 6.1.1 So sánh với nghịch lưu bậc dạng kẹp diode 6.1.1.1 Ưu điểm nghịch lưu MLC2 bậc Qua hình 6.1 ta thấy tổng số linh kiện sử dụng pha nghịch lưu dạng MLC2 bậc nghịch lưu dạng kẹp diode truyền thống bậc số diode Nhưng xét ba pha số lượng linh kiện nghịch lưu dạng MLC2 bậc nhiều so với dạng kẹp diode truyền thống bậc Số liệu so sánh số linh kiện sử dụng 6.1 6.2 thể rõ nhận xét Bảng 6.1 So sánh số lượng linh kiện sử dụng nghịch lưu pha Bộ nghịch lưu Bộ nghịch lưu bậc dạng kẹp bậc dạng kẹp diode diode Linh kiện Bộ nghịch lưu bậc dạng MLC2 MCU PL Số Định Số Định Số Định Số Định lượng mức lượng mức lượng mức lượng mức Khóa đóng ngắt 0,5Vdc 0,25Vdc 0,25Vdc 0,75Vdc Diode kẹp 0,5Vdc 12 0,25Vdc 0,25Vdc 0,75Vdc - 107 - Bảng 6.2 So sánh số lượng linh kiện sử dụng nghịch lưu ba pha Bộ nghịch lưu Bộ nghịch lưu bậc dạng kẹp bậc dạng kẹp diode diode Linh kiện Bộ nghịch lưu bậc dạng MLC2 MCU PL Số Định Số Định Số Định Số Định lượng mức lượng mức lượng mức lượng mức Khóa đóng ngắt 12 0,5Vdc 24 0,25Vdc 0,25Vdc 12 0,75Vdc 0,5Vdc 36 0,25Vdc 0,25Vdc 0,75Vdc (IGBT) Diode kẹp Bảng 6.3 So sánh chi phí chế tạo nghịch lưu Bộ nghịch lưu bậc dạng kẹp diode Vdc Bộ nghịch lưu bậc dạng MLC Bộ nghịch lưu bậc dạng kẹp diode 4412V 4412V 4412V Định mức linh kiện sử dụng 4.500V 6.500V; 3.300V 3.300V Dịng định mức khóa IGBT 900A 600A; 1.200A 1.200A 4.583 € 4.760 € 8.000 € Chi phí chế tạo PL Chi phí chế tạo MCU Chi phí khóa IGBT diode cho 3.200 € 13.749 € 17.480 € 24.000 € Chi phí tản nhiệt 3.675 € 4.900 € 10.290 € Chi phí mạch điều khiển 1.620 € 2.394 € 3.024 € 19.044 € 24.774 € 37.314 € nghịch lưu ba pha Tổng kinh phí nghịch lưu Trích từ bảng III [18] - 108 - Nếu so sánh giá thành chế tạo nghịch lưu báo [18] có bảng so sánh chi phi chế tạo nghịch lưu đa bậc với điện áp dây hiệu dụng kV bảng 6.3 Qua bảng ta thấy giá thành việc chế tạo nghịch lưu MLC2 bậc rẻ nhiều so với nghịch lưu bậc dạng kẹp diode truyền thống, 0,66 lần Thứ sử dụng khóa đóng ngắt cho nghịch lưu: 16 IGBT so với 24 IGBT Thứ hai sử dụng diode nhiều bao gồm diode mắc đối song với IGBT diode kẹp so với 36 diode Mạch điều khiển phức tạp cần cấp tín hiệu điều khiển cho 16 khóa IGBT thay 24 khóa IGBT Và cuối chi phí cho phận tản nhiệt rẻ sử dụng linh kiện cơng suất Từ ta rút nhận xét khác MLC2 bậc tổn hao cơng suất so với nghịch lưu bậc dạng kẹp diode truyền thống V5 Sa1 C4 Sa2 V4 V4 C4 V5 Sa3 C3 Sa4 V3 C3 Sd1 Sa1 Sd2 Sa2 Dd1 Va Sa1' V3 Vp1 Va C2 Sa2' Sd1' Sa1' Sd2' Sa2' Dd1' V2 C2 Sa3' C1 Sa4' V2 C1 V1 a)Kiểu kẹp diode truyền thống b) Kiểu MLC2 V1 - 109 - Hình 6.1 Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu đa bậc dạng kẹp diode truyền thống kiểu MLC2 pha 6.1.1.2 Khuyết điểm Theo hình 6.1 bảng 6.2 ta dễ dạng nhận xét định mức linh kiện đóng ngắt diode kẹp nghịch lưu MLC2 cao so với nghịch lưu đa bậc dạng kẹp diode truyền thống Trong linh kiện đóng ngắt diode sử dụng nghịch lưu đa bậc dạng kẹp diode truyền thống cần định mức điện áp linh kiện Vdc , định mức dịng điện IPL Khi nghịch lưu MLC2 bậc khóa đóng ngắt diode kẹp MCU có định mức điện áp Vdc định mức dòng điện 2IPL, khóa đóng ngắt diode kẹp PL cần tới điện định mức 3Vdc định mức dòng điện IPL Hiện nay, với công nghệ chế tạo linh kiện điện tử cơng suất ngày tiên tiến việc sử dụng linh kiện có định mức lớn chi phí chế tạo khơng gia tăng nhiều Qua hình 6.2, nghịch lưu MLC2 bậc có số véctơ khơng gian điều chế trực tiếp số véctơ khơng gian điều chế trực tiếp từ nghịch lưu bậc dạng kẹp diode truyền thống Đó véctơ sector, để có véctơ phải tổng hợp từ véctơ điều chế trực công thức 3.14, 3.15, 3.16 Việc tổng hợp tăng sóng hài điện áp điều chế Đồng thời có véctơ điều chế trực tiếp nên gây khó khăn việc cân tỉ lệ sử dụng khóa, diode điện áp tụ Đồng thời giải thuật điều khiển nghịch lưu phức tạp so với nghịch lưu đa bậc dạng kẹp cổ điển - 110 - 6.1.2 So sánh với nghịch lưu bậc dạng kẹp diode 6.1.2.1 Ưu điểm Như đề cập chương 1, nghịch lưu MLC2 bậc có cá PL cấu tạo khóa đóng ngắt nghịch lưu ba bậc kết hợp thêm MCU bậc Do so sánh mặt cấu tạo MLC2 bậc với nghịch lưu bậc dạng kẹp diode truyền thống (hình 6.2 hình 6.3) MLC2 bậc có thêm MCU bậc với định mức linh kiện Vdc Với việc có thêm MCU ba bậc nối vào điểm Vp1 điện áp bậc PL điều chế linh động Tổng hợp tất trạng thái lên đến bậc Qua ta nhận thấy số véctơ điều chế trực tiếp từ nghịch lưu MLC2 bậc nhiều nhơn so với số véctơ điều chế trực tiếp từ nghịch lưu ba bậc Từ tỉ lệ sóng hài giảm thiểu đáng kể - 111 - Phase-legs MCU V4 C3 Vdc C4 V5 Sd1 Sa1 Sb1 Sc1 Sd2 Sa2 Sb2 Sc2 Dd1 Va Vb Vc Vp1 V3 Sd1' Sa1' Sb1' Sc1' Sd2' Sa2' Sb2' Sc2' Dd1' C2 V2 V1 C1 551 552 441 553 331 554 221 555 444 333 222 111 544 211 541 531 521 533 311 522 411 511 Hình 6.2 Cấu trúc véctơ điều chế trực tiếp sector nghịch lưu MLC2 bậc - 112 - Phase-legs C2 Vdc V3 Sa1 Sb1 Sc1 Sa2 Sb2 Sc2 Va Vb Vc V2 Sa1' Sb1' Sc1' Sa2' Sb2' Sc2' V1 C1 331 332 221 333 222 111 321 311 322 211 Hình 6.3 Cấu trúc véctơ điều chế trực tiếp sector nghịch lưu bậc dạng kẹp diode truyền thống 6.1.2.2 Nhược điểm Cấu trúc nghịch lưu MLC2 bậc phức tạp cấu tạo có thêm MCU Điện áp định mức khóa đóng ngắt PL nghịch lưu - 113 - MUC2 lớn so với điện áp định mức khóa đóng ngắt nghịch lưu bậc (bảng 6.2) Giải thuật điều khiển phức tạp chi phí chế tạo mạch lái, tản nhiệt cho linh kiện đóng ngắt lớn 6.2 Hạn chế kiến nghị phát triển Do hạn chế thời gian kiến thức nên đề tài cịn số điểm chưa hồn thiện 6.2.1 Tìm cấu hình tối ưu cho nghịch lưu Luận án định hướng cách tìm cấu hình tối ưu cho nghịch lưu MLC2 phần trình bày 2.2.3 Việc xác định cấu hình tối ưu cho nghịch lưu MLC2 cần có cơng trình nghiên cứu sâu để so sánh tổng chi phí đầu tư ban đầu; sóng hài, hệ số méo dạng tồn phần tổn hao q trình đóng ngắt vận hành nghịch lưu Từ rút kết luận cấu hình tối ưu 6.2.2 Giải thuật điều khiển nghịch lưu MLC2 Luận án dừng lại việc sử dụng giải thuật điều rộng xung véctơ không gian SVPWM để điều khiển nghịch lưu MLC2 Cần có nghiên cứu sâu để xét phương pháp điều khiển khác điều khiển nghịch lưu MLC2 giải thuật cho phương pháp điều khiển cần nghiên cứu Đồng thời giải thuật điều khiển khóa đóng ngắt chưa phân bố điều hịa dịng cơng suất qua linh kiện cân điện áp tụ điện tải lớn hoạt động thời gian dài 6.2.3 Tăng số bậc nghịch lưu Luận án dừng lại việc tìm giải thuật mơ nghịch lưu MLC2 bậc Cấu trúc nghịch giải thuật điều khiển cho nghịch lưu bậc đề cập so sánh sơ lược chưa phát triển để đưa mơ hình điều khiển mô nghịch lưu MLC2 với số bậc lớn Đây tiền đề để - 114 - nghiên cứu sau gia tăng số bậc MLC2 nghiên cứu 6.2.4 Thực mơ hình thực tế Luận án dừng lại việc tìm hiểu nguyên lý làm việc, điều khiển mơ q trình làm việc nghịch lưu MLC2 bậc Từ kết luận án phát triển tiếp tục đưa mơ hình thực tế nghịch lưu MLC2 bậc số ứng dụng Với mơ hình mô chương Tác giả luận án đề nghị thiết kế nghịch lưu với định mức linh kiện bảng 6.4 Điện áp Vdc đặt 650V Qua q trình mơ phỏng, giá trị điện áp lớn thời gian độ khoảng 750V Tham khảo giá trị định mức từ bảng 6.1 ta chọn linh kiện sau: Bảng 6.4 Linh kiện chế tạo nghịch lưu MLC2 bậc 66kVA Định mức Linh kiện Khóa đóng ngắt (IGBT) Diode kẹp Tụ điện Số lượng Ghi 200 MCU 600 100 12 PL 250 200 MCU 600 100 PL 5mF Điện áp Dòng điện (V) (A) 250 200 - 115 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phan Quốc Dũng, “Nghiên cứu biến đổi công suất đa bậc dùng điều khiển động không đồng bộ” [2] Phan Quốc Dũng (2011), Bài giảng điện tử Công suất nâng cao [3] Nguyễn Văn Nhờ (2009), Điện tử Công suất 1, NXB ĐHQG TP HCM [4] Lê Minh Phương, Phan Quốc Dũng (2011), Mô điện tử công suất Matlap-Simulink, NXB ĐHQG TP.HCM TP HCM Tiếng Anh [5] H Abu-Rub, J Holz, J Rodriguez, and G Baoming, “Medium-voltage multilevel converters-state of the art, challenges, and requirements in industrial applications,” IEEE Trans Ind Electron., vol 57, no 8, p 2581-2596, Aug 2010 [6] Abraham I Pressman, Keith Billings, Taylor Morey, Switching Power Supply Design, 3rd edition, McGraw-Hill, 2009 [7] J G Bauer, T Duetemeyer, and L Lorenz, “New IGBT development for traction drive and wind power, “ in Conf Rec IEEJ Int Power Electron Conf., Sapporo, Japan, Jun, 2010, pp 768-772 [8] S Busquets-Monge, S Alepuz, J Bordonau, and J Peracaula, “Voltage balancing control of diode-clamped multilevel converters with passive front-ends,” IEEE Trans Power Electron., vol 23, no 4, pp 1751-1758, Jul 2008 [9] S Busquets-Monge, S Alepuz, J Rocabert, and j Bordonau, “Pulse width modulations for the comprehensive capacitor voltage balance of n-level three-leg diode-clamped converters,” IEEE Trans Power Electron., vol 24, no 5, pp 1364-1375, May 2009 [10] Dorin O Neacsu, Power-Switching Converters, Taylor & Farncis Group, 2006 [11] M Hagiwara and H Akagi, “Control and experiment of pulse widthmodulated modular multilevel converters,” IEEE Trans Power Electron., vol 24, no 7, pp 1737-1746, Jul 2009 - 116 - [12] Joachim Holtz, Fellow, “Pulsewidth Modulation for Electronic Power Conversion”, Proceedings of the IEEE, vol 82, No 8, 1994 [13] S Kouro, M Mailinowski, K Gopakumar, J Pou, L g Franquelo, B Wu, J Rodriguez, M A Perez, and J.I Leon, “Recent advances and industrial applications of multilevel converters”, IEEE Trans, Ind Electron., vol 57, no 8, pp 2553-2580, Aug, 2010 [14] M Marchesoni and P Tenca, “Diode-clamped multilevel converters: A practicable way to balance DC-link voltages,” IEEE Trans Ind Electron., vol 49, no 4, pp 752-765, Aug 2002 [15] Muhammad H Rashid, Power Electronics Handbook, 2nd edition, Burlington, MA Elsevier, 2011 [16] A Nabae, I Takahashi, and H Akagi, “A new neutral-point-clamped PWM inverter,” IEEE Trans Ind Appl., vol IA-17, no 5, pp 518-523, Sep./Oct 1981 [17] A Nami, F Zare, A Ghosh, and F Blaabjerg, “A hybrid cascade converter topology with series-connected symmetrical and asymmetrical diode-clamped H-bridge cells,” IEEE Trans Power Electron., vol 26, no 1, pp 51-65, Jan 2011 [18] P Rodriguez, M D Bellar, R.S Munoz-Aguilar, S Busquests-Monge, F Blaabjerg, “Multilevel-clamped multilevel converters”, IEEE Trans on Power Electron., vol 27, no 3, pp 1055- 1060, March 2012 [19] Ryszard Strzelecki, Grzegorz Bentysek, Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks [20] J A Sayago, T Bruckner, and S Bernet, “How to select the system voltage of MV drives – A comparison of semiconductor expenses,” IEEE Trans Ind Electron., vol 55, no 9, pp 3381-3390, Sep 2008 [21] Timothy L Skvarenina, The Power Electronics Handbook, Industrial Electronics Series, Purdue University, West Lafayette, Indina [22] Barry W Williams, Power Electronics [23] D Zhong, L.M Tolbert, B Ozpineci, and J.N Chiasson, “fundamental frequency switching strategies of a seven-level hybrid cascaded H-bridge multilevel inverter,” IEEE Trans Power Electron., vol 24, no 1, pp 2533, Jan 2009 - 117 - LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lê Quốc Anh Ngày, tháng, năm sinh: 08/10/1988 Nơi sinh: Long Hịa, Bình Thủy, Cần Thơ Địa liên lạc: 478/7 Khu vực Bình n A, phường Long Hịa, Quận Bình Thủy, Thành phố Cần Thơ Số điện thoại liên lạc: (+84) 986.747.602 Địa email: lqanh81@gmail.com, lequocanh@ctu.edu.vn Quá trình đào tạo: Từ 2006 – 2010: Học đại học Trường Đại học Cần Thơ Từ 2011 – 2012: Học cao học Trường Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh liên kết với Trường Đại học Cần Thơ Trường Đại học Cần Thơ Q trình cơng tác: Từ 2011 – nay: Công tác Bộ môn Kỹ thuât điện, Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ ... ? ?Nghiên cứu kỹ thuật điều rộng xung (PWM) điều khiển cho nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc (MultilevelClamped Multilevel Converters)? ?? nhằm tiếp tục phát triển kỹ thuật điều khiển nghịch lưu đa. .. TÀI: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐIỀU RỘNG XUNG (PWM) ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC DẠNG KẸP ĐA BẬC (MULTILEVEL- CLAMPED MULTILEVEL CONVERTERS) II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Giải thích nguyên lý hoạt động nghịch. .. CHƯƠNG BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC DẠNG KẸP ĐA BẬC – MLC2 VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc – MLC2 1.1.1 Cấu tạo nghịch lưu đa bậc dạng kẹp đa bậc