Mô hình dự báo dòng điện vòng, điện áp tụ điện của MMC

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SVM CHO BBĐ MMC

3.7 Điều khiển dự báo cân bằng điện áp trung bình tụ điện

3.7.1 Mô hình dự báo dòng điện vòng, điện áp tụ điện của MMC

Phương pháp SVM có chức năng đảm bảo dòng điện, điện áp ra BBĐ có dạng sin chuẩn và đảm bảo tối ưu thành phần sóng hài [53], quá trình điều chế SVM có thể tạo ra các trạng thái dư để cân bằng điện áp tụ điện, nhờ vậy BBĐ có thể hoạt động ổn định lâu dài. Luận án sẽ sử dụng phương pháp điều khiển dự báo áp dụng cho MMC dựa trên các biến điều khiển là dòng điện vòng và điện áp tụ điện [63]. Quá trình này được thực hiện bằng cách tính giá trị trung bình điện áp tụ điện trên mỗi nhánh ở mỗi chu kỳ dự báo tiếp theo. Giá trị này sẽ được so sánh với giá trị đặt và sai lệch sẽ được triệt tiêu bằng hàm mục tiêu. Đây là một trong những ưu điểm lớn của điều khiển dự báo vì bộ điều khiển MPC có thể xử lý hiệu quả trước các ràng buộc và nhiều mục tiêu cùng một lúc. Quá trình tiếp theo là bộ điều khiển sẽ dự đoán hoạt động của biến điều khiển ở các khoảng thời của quá trình điều chế với mục đích cân bằng điện áp tụ điện và làm suy giảm thành phần sóng hài bậc cao trong mỗi chu kỳ điều chế SVM. Theo các hình từ Hình 3.11 đến Hình 3.17 trong một nửa chu kỳ điều chế có 7 khoảng thời gian từ t0 đến t7 để tính toán các hệ số điều chế d1, d2, d3 đảm bảo vector điện áp có quá trình chuyển mạch van tối ưu.

Như trình bày trong phần điều chế SVM ở trên, theo Hình 3.17 quá trình điều chế SVM trong chu kỳ PWM Ts, có 7 khoảng thời gian từ thời điểm t0 đến t7, trong mỗi khoảng thời gian này có thể xác định được các hệ số kHx, kLx cho mỗi pha. Thực hiện đo các giá trị ivx(k), vC,Hx(k), vC,Lx(k) và cập nhật kHx(k) và kLx(k) là các hệ số chèn tụ các nhánh trong mỗi pha được xác định từ thuật toán điều chế SVM ở cuối của khoảng thời gian t0, trong đó vC,Hx(k), vC,Lx(k) là điện áp trung bình trên tụ thuộc nhánh trên và nhánh dưới. Ở chế độ cân bằng tại thời điểm t0, ta có vC,Hx(t0)

= vC,Lx(t0) = vCx(t0). Dựa trên mô hình liên tục của hệ thống, các hệ số điều chế của thuật toán SVM và giá trị hiện tại của các biến điều khiển, giá trị vC,Hx(t0) và vC,Lx(t0) được sử dụng để dự đoán giá trị tương lai của nó là vC,Hx(t1) và vC,Lx(t1) theo công thức (3.58).

v

C , Hx

vC , Lx

t f v t 0, i t 0, k Hx t

1 C , Hx vx 0 ( x A , B , C ) (3.58)

t f v t 0, i t 0, k Lxt 0

1 C , Lx vx

72

Chương 3: Phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC

Từ phương trình trạng thái liên tục của dòng điện vòng như (2.14), thực hiện gián đoạn hóa theo phương pháp Euler, ta có được phương trình dòng điện vòng tại thời điểm t1 được mô tả như công thức (3.59):

ivxt1  ivxt 0 1 VDC  v Lxt 0  v Hxt0  t1 (3.59)

L 2

Trong đó:

v Lxt 0  k Lxt1vC,Lxt0,

(3.60)

v Hxt 0  k Hxt1vC,Hxt0

Các ký hiệu ivx(t1), vC,Hx(t1), vC,Lx(t1), kLx(t1), kHx(t1) là các giá trị dòng điện, điện áp hệ số chèn SM tương ứng ở cuối khoảng thời gian t1. Điện áp trên tụ ở phương trình (2.17) viết lại dưới dạng gần đúng như (3.61):

v t  v 

t

 ivxt 0  ivxt1  i xt 0k Hxt1t

 Hx Hx 0 

1 2 2  C 1

   (3.61)

  ivxt 0  ivxt1 i xt 0k Lxt1

 v

t  v 

t

  t

Lx Lx 0 

 1

2 2  C 1

  

Với giả thiết (3.60) thì (3.61) được viết dưới dạng (3.62):

v t  v 

t

  ivxt 0  ivxt1 i xt0 1t

 0 

C , Hx 1 C , Hx

2 2  C 1

   (3.62)

  ivxt 0  ivxt1 ixt0 1

v t  v 

t

  t

0 

 C , Lx 1 C , Lx

2 2  C 1

  

Trong (3.62) đã sử dụng phép gần đúng chính xác hơn khi đưa vào dòng điện vòng là (ivx(t0)+ivx(t1))/2, có sử dụng kết quả cập nhật dòng điện từ (3.59). Riêng dòng đầu ra ix(t0) chỉ dùng giá trị đo về từ đầu chu kỳ điều chế ở thời điểm t0 cho đến hết chu kỳ Ts ở thời điểm t7. Giá trị điện áp dự báo vC,Hx(t), vC,Lx(t) cũng là điện áp trên mỗi tụ ở nhánh trên và nhánh dưới mà mục tiêu điều khiển là đưa đến giá trị bằng lượng đặt VC

t . Sử dụng phương trình dự báo dòng điện (3.59) và phương

trình điện áp (3.60) dự báo để ngoại suy quá trình dự báo tương tự cho các khoảng tiếp theo t2, t3… Ở cuối chu kỳ điều chế t7 các giá trị ivx(t7), vC,Hx(t7), vC,Lx(t7) được thể hiện như công thức (3.63).

 1 VDC  v Lxt 6  v Hxt6 

ivxt 7  ivxt 6  t

6

 L 2

  ivxt 6  ivxt 7 i xt6 1

 (3.63)

vC,Hxt7   vC,Hxt 6     t7

  2 2 C

 

t

  v 

t

  ivxt 6  ivxt 7 ixt61

v 7 6   t 7

 C , Lx C , Lx  2 2 C



73

Chương 3: Phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC

Ở cuối chu kỳ t7 ta sẽ thu được các tín hiệu dự báo của biến điều khiển là vC,Hx(k+1), vC,Lx(k+1), giá trị này sẽ được cập nhật và sử dụng làm tín hiệu để dự báo cho chu kỳ điều chế tiếp theo.