BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

DƯƠNG ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CHO
NGHỊCH LƯU BA MỨC HÌNH T TRONG CHẾ ĐỘ NỐI LƯỚI VÀ
ĐỘC LẬP

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9520216

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội 2023
5


Cơng trình được hồn thành tại:
Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Vũ Hoàng Phương
2. PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp

Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam

6


DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

● Tạp chí quốc tế (Thuộc danh mục ESCI, Scopus, SCIE)
[1] Phuong Vu, Quan Nguyen, Minh Tran, Duong Tuan, Hung
Tran (2018), “A systematic design of PR current controllers for
single-phase LCL-type grid-connected inverters under distorted
grid voltage”, Journal of Electrical Systems, vol.14, Issue: 4,
Pages: 103-115.
[2] D. A. Tuan, P. Vu and N. V. Lien (2021), “Design and
Control of a Three-Phase T-Type Inverter using ReverseBlocking IGBTs”, Eng. Technol. Appl. Sci. Res., vol. 11, no. 1,
pp. 6614–6619.
[3] Anh Tuan Duong, Thanh Long Pham, Van Nam Giap,
Phuong Vu (2023), “Disturbance Observer Based on Fixed-Time
Sliding Mode Control and Optimal State Observer for ThreePhase Three-Level T-type Inverters”, IEEE Access
DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3281672.
● Hội nghị Quốc tế (Thuộc danh mục Scopus)
[4] Duong Anh Tuan, Pham Thanh Long, Pham Anh Dung,
Pham Quoc Huy, Nguyen Vu Nguyen Khoi, Le Xuan Khoi, Vu
Hoang Phuong, Giap Van Nam (2022), “A Novel Modulation
Method to Eliminate Leakage Current and Minimize Capacitor

Voltage Ripple for Grid-Connected Three-Level T-Type Inverter”,
Hội nghị quốc tế lần thứ 11 về Điều khiển, Tự động hóa và Cơng
nghệ thơng tin, ICCAIS 2022.
● Hội nghị trong nước
[5] Dương Anh Tuấn, Phạm Quốc Huy, Phạm Thành Long, Vũ
Hoàng Phương, Nguyễn Văn Liễn (2022), “Điều khiển nghịch
lưu T-type 3 pha nối lưới theo nguyên lý vector”, Hội thảo
khoa học “Công nghệ mới & Ứng dụng trong lĩnh vực Điện-Điện
tử-Tự động hóa”, Trường ĐH Giao thơng vận tải.

7


DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
● Tạp chí trong nước
[6] Dương Anh Tuấn, Phạm Thành Long, Phạm Anh
Dũng, Lê Xuân Khôi, Giáp Văn Nam, Vũ Hoàng Phương,
Nguyễn Văn Liễn (2023), " Bộ điều khiển kháng nhiễu dựa
trên chế độ trượt và khâu quan sát trạng thái cho bộ biến
đổi ba pha ba mức hình T trong chế độ chỉnh lưu tích cực",
Chuyên san Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa, quyển
27, số 2, 8/2023, trang 55-62.

8


Mở đầu
1. Sự cần thiết của đề tài
Nghịch lưu ba mức là một giải pháp cho những ứng dụng đòi hỏi
công suất lớn và điện áp cao đến hơn 900V. Trong các bộ nghịch lưu

ba mức thì bộ nghịch lưu hình T có những ưu thế hơn như: tiết kiệm
đáng kể số lượng van bán dẫn công suất mà vẫn tạo ra được mức
điện áp như yêu cầu, đảm bảo chất lượng dạng sóng điện áp và u
cầu cơng suất lớn, trao đổi được dịng cơng suất theo hai chiều, chỉ
sử dụng một nguồn DC. Có hai vấn đề mà nghịch lưu ba pha hình T
cần phải giải quyết là cân bằng điện áp điểm trung tính DC và giảm
điện áp common-mode. Việc mất cân bằng điện áp điểm trung tính
DC sẽ gây hiện tượng quá áp trên các van cơng suất và làm tăng
THD của dịng điện đầu ra. Còn điện áp common-mode sẽ gây nên
dòng rò làm giảm tuổi thọ về cách điện, nhiễu điện từ và mất an tồn
điện. Vậy việc tìm ra một phương pháp điều chế có thể vừa giảm
điện áp common-mode, vừa cân bằng được điện áp điểm trung tính
DC là hướng nghiên cứu của đề tài nhằm nâng cao độ tin cậy trong
việc điều khiển nghịch lưu ba pha hình T. Mạch vịng điều khiển
nghịch lưu hình T gồm mạch vịng trong là mạch vịng dịng điện,
mạch vịng ngồi là mạch vịng cơng nghệ như mạch vòng điện áp
một chiều trung gian, mạch vịng cơng suất. Mạch vịng cơng nghệ
bên ngồi thường u cầu thời gian tác động chậm hơn mạch vòng
dòng điện bên trong. Mạch vịng dịng điện đóng vai trị quan trọng,
nó phải đảm bảo các vấn đề như: đảm bảo khả năng tác động nhanh,
đảm bảo hệ thống không bị quá tải...
Do vậy, việc nâng cao chất
lượng mạch vòng dòng điện bằng các phương pháp điều khiển cải
tiến thì mới có khả năng đảm bảo được vấn đề điều khiển điện áp
một chiều trung gian và vấn đề điều khiển các mạch vịng cơng suất
bên ngồi khi lưới mất ổn định.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề xuất áp dụng phương pháp điều chế cải tiến nhằm có thể vừa
cân bằng được điện áp điểm trung tính DC, vừa giảm điện áp
common-mode. Nghiên cứu khả năng áp dụng một số phương pháp

1


điều khiển như điều khiển PI, điều khiển chế độ trượt…cho mạch
vòng điều khiển của bộ biến đổi. Kiểm chứng các phương pháp điều
chế, thuật toán chuyển mạch và phương pháp điều khiển thông qua
những minh chứng bằng mô phỏng và thực nghiệm.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu


Đối tượng nghiên cứu: Nghịch lưu hình T ba pha hoạt động trong
chế độ nối lưới và độc lập



Phạm vi nghiên cứu: Phương pháp điều chế cải tiến cho nghịch lưu
hình T ba pha để cân bằng điện áp điểm trung tính DC và giảm điện
áp common-mode. Phương pháp điều khiển dòng điện cải tiến nhằm
nâng cao chất lượng điều khiển của mạch vòng dòng điện.
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
- Nghiên cứu trên lý thuyết các phương pháp điều chế và thuật toán
chuyển mạch, các phương pháp điều khiển đảm bảo các yêu cầu đã
đặt ra cho bộ biến đổi.
- Mô phỏng các phương pháp điều khiển, điều chế và thuật toán
chuyển mạch trên Matlab/Simulink.
- Kiểm chứng các phương pháp điều khiển, điều chế và thuật toán
chuyển mạch trên các hệ thống thực nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học:

Kết quả của nghiên cứu này giúp làm đơn giản hóa trong việc đồng
thời cân bằng điện áp điểm trung tính DC và giảm điện áp commonmode. Phương pháp điều chế SVM cải tiến cho nghịch lưu ba pha
hình T có xét đến các trường hợp mất ổn định ở điện áp, tần số lưới...
Tiếp đó, luận án đã đề xuất áp dụng bộ điều khiển dòng điện theo
phương pháp chế độ trượt cải tiến FTSMC để nâng cao tốc độ đáp
ứng và chất lượng điều khiển khi có nhiễu, phụ tải hoặc lưới mất cân
bằng.

2


Ý nghĩa thực tiễn:

Các kết quả nghiên cứu đã được kiểm chứng bằng mơ hình
thực nghiệm chứng tỏ khả năng ứng dụng thực tiễn.
6. Bố cục của luận án
Nội dung của luận án được trình bày thành các chương và phần
kết luận như sau:
Chương 1 trình bày tổng quan về cấu trúc và ứng dụng của nghịch
lưu nguồn áp hai mức, nghịch lưu NPC ba mức và nghịch lưu ba pha
hình T. Qua phân tích, đánh giá các cơng trình nghiên cứu đã được
công bố, luận án chỉ ra các vấn đề chưa được giải quyết triệt để. Từ
đó luận án tập trung nghiên cứu và đưa ra đề xuất áp dụng phương
hướng thực hiện các mục tiêu nghiên cứu của luận án.
Chương 2 trình bày các phương pháp điều chế PWM, SVM 6Segment, SVM 8-Segment dùng để điều khiển bộ nghịch lưu hình T
ba pha. Tiếp theo, luận án đề xuất áp dụng phương pháp điều chế cải
tiến để đồng thời cân bằng được điện áp điểm trung tính DC và giảm
điện áp common-mode (CMV). Thuật toán này sẽ được kiểm chứng
thông qua mô phỏng Matlab/Simulink và hệ thống thực nghiệm.
Chương 3 trình bày về bộ điều khiển dịng điện theo phương pháp

điều khiển chế độ trượt trong cấu trúc điều khiển nghịch lưu ba pha
hình T nối lưới để tăng tốc độ đáp ứng, nâng cao chất lượng điều
khiển khi có nhiễu hoặc lưới khơng cân bằng.
Chương 4 trình bày về bộ điều khiển dịng điện theo phương pháp
điều khiển chế độ trượt trong cấu trúc điều khiển nghịch lưu ba pha
hình T chế độ độc lập để tăng tốc độ đáp ứng, nâng cao chất lượng
điều khiển khi tải không cân bằng hoặc tải phi tuyến.
Chương 5 trình bày các quy trình thực nghiệm và các kết quả thu
được. Từ kết quả này sẽ kiểm nghiệm được tính đúng đắn lý thuyết
của thuật tốn đề xuất áp dụng.
Kết luận và kiến nghị
Trình bày tóm lược những kết quả đã đạt được của luận án; đồng
3


thời chỉ ra những hạn chế và đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo.
7. Các đóng góp của luận án
- Đề xuất áp dụng thuật toán điều chế FSVM cho bộ nghịch
lưu hình T ba pha có thể vừa giảm được điện áp common-mode, vừa
cân bằng được điện áp điểm trung tính DC trong chế độ bình thường
và khi hệ thống mất ổn định.
- Áp dụng phương pháp điều khiển pháp chế độ trượt cải tiến
FTSMC kết hợp với bộ quan sát trạng thái SOB và bộ ước lượng
nhiễu DOB giúp cho mục tiêu điều khiển được đảm bảo dù trong
điều kiện lưới cân bằng, mất cân bằng, tải thay đổi hay nhiễu thay
đổi theo thời gian.
- Xây dựng hệ thống thực nghiệm kiểm chứng các kết quả tính
tốn, thiết kế. Bộ thực nghiệm đã góp phần chứng minh được khả
năng thực tiễn với cấu trúc mạch phức tạp trên thiết bị vi xử lý DSP
và phục vụ tốt cơng tác thử nghiệm trong nghiên cứu về nghịch lưu

hình T.

Chương 1. Tổng quan
1.1. Xu hướng phát triển hiện nay của nghịch lưu nguồn áp

Hình 1.1. Các ứng dụng của nghịch lưu nguồn áp
Xu hướng hiện nay của các ứng dụng đó là u cầu cơng suất lớn
hơn, điện áp DC cao đến hơn 900V, tần số chuyển mạch cao đến 50
4


kHz thì nghịch lưu nguồn áp hai mức trở nên kém hiệu quả. Lúc này,
nghịch lưu hai mức đã bộc lộ những nhược điểm như: chất lượng
điện áp ra còn thấp, tốc độ biến thiên du/dt lớn, độ méo sóng
hài(THD) cao, điện áp trên van lớn, tổn thất chuyển mạch cao. Để có
thể khắc phục được những hạn chế này của nghịch lưu hai mức thì
cần phải có nghịch lưu ba mức.
1.2. Các cấu trúc nghịch lưu nguồn áp ba mức
1.2.1. Cấu trúc nghịch lưu dạng điốt kẹp (NPC)
Nghịch lưu dạng điốt kẹp (NPC) là cấu trúc nghịch lưu ba mức điển
hình. Vì có hai tụ điện mắc nối tiếp nên có thêm một mức điện áp
được thêm vào là Vdc/2 ngoài hai mức điện áp 0 và Vdc, thực hiện
bằng cách kích mở các van bán dẫn nối điểm giữa của mạch DC (hay
là điểm nối các tụ điện) với tải hoặc nối các điểm này vào các pha
thông qua các điốt. Nhìn chung, bộ nghịch lưu NPC là giải pháp tốt
cho các ứng dụng công suất lớn, điện áp cao. Tuy nhiên, cấu trúc này
có số lượng điốt lớn, mạch phức tạp, do đó làm cho hệ thống cồng
kềnh hơn.
1.2.2. Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha
Nghịch lưu hình T ba pha được phát triển từ cấu trúc nghịch lưu

nguồn áp ba pha hai mức. Cấu trúc nghịch lưu này được cấu thành từ
6 van IGBT mắc kiểu thông thường và 6 van IBGT mắc kiểu E chung
tạo thành 3 nhánh chữ T. Nghịch lưu hình T về cơ bản kết hợp được
các ưu điểm của bộ nghịch lưu hai mức với những ưu điểm của bộ
nghịch lưu NPC ba mức. Do đó, nghịch lưu hình T được coi là một
giải pháp thay thế cho nghịch lưu NPC ba mức. Tuy nhiên, nhược
điểm của nghịch lưu hình T là khả năng chặn ngược của chuyển mạch
hai chiều AC với van IGBT thông thường.
1.2.3. Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha sử dụng RB-IGBT
Cấu trúc này cầu thành từ 6 van bán dẫn mắc kiểu thông thường và 6
van mắc song song tạo thành 3 nhánh chữ T. Để khắc phục những
nhược điểm của IGBT thông thường, hãng Fuji Electric đã cho ra đời
thế hệ môđun IGBT mới (dịng V) với cơng nghệ RB-IGBT chun
5


tích hợp cho cấu trúc nghịch lưu hình T.
ICM CPE
C1
2
2
DC
Source

P
SA1
SA4

O
C2


ICM C
PE
2
2

SA3
SB4
SB3
SC4
SC3 SA2

SB1 SC1
Lf

Lg

VS
Z
Co

SB2 SC2

Cf

ICM

N

Hình 1.2. Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha sử dụng RB-IGBT

Nghịch lưu hình T sử dụng RB-IGBT khắc phục được nhược điểm về
khả năng chặn ngược của nghịch lưu hình T, phù hợp với các hệ
thống là yêu cầu công suất lớn hơn, điện áp DC cao đến hơn 900V.
1.3. Phương pháp điều chế cho nghịch lưu hình T
Đối với phương pháp điều chế cho nghịch lưu hình T thì yêu cầu quan
trọng nhất là phải giảm được điện áp common-mode và cân bằng điện
áp điểm trung tính DC. Kỹ thuật điều chế phổ biến thường được sử
dụng là: sinPWM dùng nhiều sóng mang và điều chế véctơ không
gian (SVM). Tuy nhiên cả 2 phương pháp trên đều khơng có khả
năng vừa giảm được điện áp common-mode, vừa cân bằng được điện
áp điểm trung tính DC. Vì vậy, luận án đề xuất áp dụng phương
pháp điều chế cải tiến FSVM nhằm mục đích vừa cân bằng được
điện áp điểm trung tính DC, vừa giảm được điện áp common-mode
áp dụng riêng cho nghịch lưu hình T.
1.4. Phương pháp điều khiển mạch vòng dòng điện
Mỗi phuơng pháp điều khiển đều có những ưu thế riêng và được áp
dụng tùy theo từng trường hợp cụ thể. Các phương pháp điều khiển
PI và chế độ trượt FTSMC là các phương pháp mà tác giả lựa chọn
6


áp dụng cho mạch vòng điều khiển của bộ nghịch lưu hình T.
Những nguyên lý cơ bản của các bộ điều khiển này sẽ trình bày ở
chương 3 của luận án.
1.5. Định hướng nghiên cứu và dự kiến đóng góp của luận án
Luận án tập trung nghiên cứu về phương pháp điều chế cải tiến, thiết
kế bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp chế độ trượt mới với
các kết quả và dự kiến đóng góp cho luận án cụ thể như sau:
- Đề xuất áp dụng thuật toán phương pháp điều chế véctơ không
gian cải tiến để vừa giảm được điện áp common-mode vừa cân bằng

được điện áp điểm trung tính DC .
- Đề xuất áp dụng bộ điều khiển dòng điện theo phương pháp chế
độ trượt cải tiến để tăng tốc độ đáp ứng, cải thiện chất lượng dịng
điện, điều khiển được dịng điện ngay cả khi có nhiễu thay đổi theo
thời gian.
1.6. Kết luận
Qua các đánh giá, phân tích tại chương 1, luận án đưa ra các đề xuất
giải quyết cụ thể như sau:
- Xây dựng thuật tốn điều chế véctơ khơng gian cải tiến FSVM
cho nghịch lưu hình T ba pha sử dụng RB-IGBT và được trình bày
tại chương 2.
- Ứng dụng điều khiển chế độ trượt cải tiến FTSMC cho bộ điều
khiển dòng điện hoạt động ở chế độ nối lưới và độc lập. Các kết quả
nghiên cứu được chứng minh bởi mô phỏng Matlab/Simulink và
được thể hiện chi tiết tại chương 3 và chương 4.
- Kiểm chứng tính đúng đắn lý thuyết của chương 2, chương 3 và
chương 4 thông qua thực nghiệm. Các kết quả thực nghiệm được
trình bày tại chương 5.

7


Chương 2. Phương pháp điều chế cho nghịch lưu hình T ba pha
2.1. Đặt vấn đề
Đối với nghịch lưu hình T ba pha cần phải có phương pháp điều chế
phù hợp để giảm được mức điện áp common-mode và đảm bảo khả
năng cân bằng điện áp điểm trung tính DC trong quá trình hoạt động.
2.2. Phương pháp điều chế PWM
2.2.1. Nguyên lý phương pháp điều chế PWM
a. Phương pháp dịch mức sóng mang

Ta có 3 kiểu bố trí sóng mang : Sóng mang cùng pha ; Sóng mang
đối xứng qua trục thời gian ; Sóng mang ngược pha giữa hai sóng
mang kề nhau, dịch một góc 180 độ.
b. Phương pháp dịch pha sóng mang
Sử dụng hai sóng răng cưa ngược pha nhau (lệch pha 1800) để so
sánh với cùng một sóng sin chuẩn.
2.2.2. Mơ phỏng phương pháp điều chế PWM cho bộ nghịch lưu
hình T 3 pha
a. Nguyên lý phát xung

Hình 2.1. Nguyên lý phát xung cấu trúc hình T 3 pha
Sử dụng một tín hiệu sin mẫu Vref so sánh với 2 sóng mang dịch pha
nhau 1800. Nửa chu kỳ đầu việc điều chế cho đóng cắt 2 van SA1 và
SA4, nửa chu kỳ sau điều chế cho hai van SA3 và SA2.
8


b. Kết quả mô phỏng
Bảng 2.1. Thông số mô phỏng
Tên thơng số
Giá trị
Cơng suất

15kW

Điện áp DC

700V

Điện áp AC


380V/50Hz

Tần số đóng cắt

10kHz

Lọc LCL

0,68mH/16,31μF/0,141mH

Tụ điện phía DC

470μF

Tụ điện CPE/Co

1nF/1nF

Kịch bản mơ phỏng: Chế độ nối lưới ba pha lý tưởng
2.3. Phương pháp điều chế SVM
Qua các bước chuyển hệ tọa độ từ abc sang 0αβ, quy chuẩn độ dài
các véctơ theo mức điện áp

, tính tốn mơđun và góc pha của

véctơ điện áp ra sẽ hình thành khơng gian véctơ trên hệ tọa độ 0αβ.
Từ đồ thị có thể thấy 6 véctơ lớn chia mặt phẳng ra làm 6 góc phần
sáu. Trong mỗi góc phần 6 này các véctơ nhỏ và trung bình lại chia
ra làm 4 tam giác đều, mỗi tam giác đều có đỉnh là điểm cuối của các

véctơ. Quy chuẩn độ dài các véctơ theo

, các tam giác đều có

cạnh bằng 1. Hệ thống các tam giác đều này là cơ sở cho phép điều
chế véctơ không gian.

9


(O,P,N)
V10

(N,P,N)
V11

(N,P,O)
V12

(N,P,P)
V13

(P,P,N)
V9

4

(O,P,O)
(N,O,N)
V3


(O,P,P)
(N,O,O)
V4

(P,P,O)
(O,O,N)
V2

3

1
(0,0,0)
V0

(N,N,P)
V15

(P,O,O) 2
(O,N,N)
1 V1

(P,O,P)
(O,N,O)
V6

(O,O,P)
(N,N,O)
V5


(N,O,P)
V14

(P,O,N)
V8

(O,N,P)
V16

(P,N,N)
V7
2

(P,N,O)
V18

(P,N,P)
V17

Hình 2.2. Đồ thị véctơ khơng gian
Các bước tiếp theo là xác định vị trí của véctơ điện áp ra v trong
sector lớn, xác định vị trí của véctơ điện áp v trong các tam giác con,
tính tốn hệ số điều chế (thời gian sử dụng các véctơ trong mỗi chu kì
điều chế Ts), cân bằng điện áp trên 2 tụ DC và tính tốn hệ số điều
chế thực hiện nhánh van mạch nghịch lưu trong mỗi chu kì điều chế
Ts
2.4. Các phương pháp điều chế cấp xung cho van
2.4.1. Phương pháp điều chế SVM 8-Đoạn
Phương pháp điều chế SVM 8-Đoạn là phương pháp điều chế mà
trạng thái của các véctơ (ba véctơ gần nhất với véctơ điện áp ra)

được lặp lại sau mỗi nửa chu kì đóng cắt. Phương pháp này sử dụng
cả hai trạng thái của các véctơ nhỏ, từ đó làm giảm tổn thất trên van
và làm giảm sóng hài của điện áp đầu ra. Tuy nhiên, sử dụng cả hai
trạng thái của véctơ nhỏ sẽ ảnh hưởng đến vấn đề cân bằng điện áp
trên 2 tụ DC.
2.4.2. Phương pháp điều chế SVM 6-Đoạn
Phương pháp điều chế SVM 6-Đoạn là phương pháp điều chế trong
mỗi chu kì điều chế, duy nhất chỉ có hai van phải chuyển trạng thái.
10


Vì thế nên tổn thất trên van sẽ tự động giảm xuống chỉ còn tầm 2/3
giá trị tổn thất ban đầu. Ngoài ra, việc sử dụng hai trạng thái riêng
biệt của các véctơ nhỏ sẽ giúp cân bằng điện áp trên 2 tụ DC tốt hơn,
tuy nhiên cũng sẽ làm tăng sóng hài của điện áp đầu ra.
2.4.3. Mơ phỏng hai phương pháp điều chế SVM 8- Đoạn và
SVM 6- Đoạn
Về kịch bản và thông số mô phỏng vẫn giống như khi mô phỏng theo
phương pháp PWM.
Tổng kết : Cả 3 phương pháp trên đều khơng có khả năng giảm
được điện áp common-mode. Vì vậy cần thiết phải có 1 phương pháp
điều chế vừa cân bằng được điện áp điểm trung tính DC và vừa giảm
được điện áp common-mode.
2.5. Phương pháp điều chế FSVM đề xuất áp dụng cho nghịch
lưu ba pha hình T
OPN
NPO

Vref


PON

OOO

OPO
Vref
POO

NPP
PNO

NOP

NPN

PPN

NOO

PNP

NNP

PPN OPO POO OPO PPN

d2/2 d1/2 d3 d1/2 d2/2

OON ONO PNN ONO OON

d1/2 d3/2 d2 d3/2 d1/2


d3/2 d2/2 d1 d2/2 d3/2

SA1

SA1

SA1

SA2

SA2

SA2

SB1

SB1

SB1

SB2

SB2

SB2

SC1

SC1


SB1

SC2

SC2

(a)

PNN

ONO

OOP

ONP
PON OOO OPN OOO PON

OON
Vref

SC2

(b)

(c)

Hình 2.3. Trạng thái trong khơng gian véc tơ và trình tự chuyển
mạch của (a) ZSVM, (b) PSVM và (c) NSVM
Bước đầu tiên là lựa chọn Section chứa véctơ điện áp, sau đó tính

tốn hệ số điều chế của các véctơ biên chuẩn, tiếp theo tính tốn thời
gian đóng cắt các nhánh van và cân bằng điện áp trên tụ

11


Start
Calculate

Y

V, dPSVM1-3,dNSVM1-3

V>k

N
V < -k

0
N

N

N

0
Y

Y
PSVM

Y

ZSVM

NSVM

End

Hình 2.4. Thuật toán điều chế cân bằng tụ
Ba chế độ điều chế có thể tạo ra dịng điện i NP theo hướng ngược
nhau, lựa chọn chế độ điều chế tối ưu trong 3 chế độ sẽ tạo ra dịng
iNP có thể điều chỉnh và kiểm soát được điện áp trên tụ điện.
2.6. Mô phỏng phương pháp FSVM
Về kịch bản và thông số mô phỏng vẫn giống như khi mô phỏng theo
phương pháp PWM, SVM 8- Đoạn và SVM 6- Đoạn.
2.7. Kết luận
Không những đáp ứng được yêu cầu của bộ nghịch lưu hình T là cân
bằng điện áp điểm trung tính DC và giảm được điện áp commonmode, phương pháp FSVM cũng cho chất lượng điện áp cũng như
dòng điện đầu ra tốt, đạt giá trị THD <5% (theo tiêu chuẩn IEEE
519-2014). Tuy nhiên, phương pháp mới cũng có một số hạn chế như
khả năng cân bằng điện áp điểm trung tính DC bị suy yếu trong điều
kiện hệ số công suất thấp và hệ số điều chế cao và giá trị THD cũng
cao hơn so với phương pháp SVM 8- Đoạn.
12


Chương 3. Điều khiển nghịch lưu hình T ba pha trong chế

độ nối lưới
3.1. Đặt vấn đề
Bên cạnh phương pháp điều chế véctơ không gian SVM để điều
khiển phát xung cho bộ biến đổi thì chất lượng điện áp, dịng điện do
chất lượng mạch vịng điều khiển quyết định.
3.2. Mơ hình tốn học của nghịch lưu hình T ba pha
IO
L

SA1
ia
a

eb

L

ib

ec

L

ic

n

SC1

SB1

SA3 C1
SA2
SB3

b

SA4

+

O

SB2
SC3
c
SC4

SB4

SC2

>>

ea

P IL

J

C2
N

Hình 3.1. Cấu trúc nghịch lưu ba pha hình T hồ lưới
Từ Hình 3.1, ta sẽ xây dựng được phương trình mơ tả hoạt động của
nghịch lưu hình T phía Ac và DC.
3.3. Cấu trúc điều khiển sử dụng bộ điều khiển PI
3.3.1. Cấu trúc điều khiển
n

SA1

ea

L

eb

L

ib

ec

L

ic

ia

SB1

SC1

SA3

a

SA4
b

SA2
eabc

SB2

SB4
SC2

c

UC1

SB3

Udc

SC3
UC2

SC4

iabc
UC1
SVM

PLL
e d , eq

abc
dq

UC2

Vabc
abc
dq

id , iq

Vsd , Vsq

PI
PI

BĐK PI

id*
iq*

PI
0

- +Udc*

BĐK PI

Hình 3.2. Cấu trúc điều khiển mạch nghịch lưu ba pha hình T chế độ
nối lưới khi sử dụng bộ điều khiển PI
13


3.3.2. Thiết kế bộ điều khiển điện áp
Cấu trúc của bộ điều khiển điện áp DC được thể hiện trong Hình 3.3.

Idc
Gi(s)

-

R(s)

I*d

1 Udc
C.s

+

-

+

*
Udc

Hình 3.3. Cấu trúc bộ điều khiển điện áp
3.3.3. Thiết kế bộ điều khiển dòng điện
Nhận thấy, đối tượng điều khiển là khâu tích phân nên ta có thể sử
dụng bộ điều khiển PI với hàm truyền như cơng thức dưới đây để
điều khiển:

end

i*sd

u*sd

ud
+

isd
isq

PI

ωL
ωL

i*sq

-

uq

u*sq

PI

enq
Hình 3.4. Cấu trúc điều khiển mạch vòng dòng điện trên hệ toạ độ
quay dq khi sử dụng bộ điều khiển
3.3.4. Thiết kế mạch vòng khóa pha

14


eabc

abc

eαβ
αβ

αβ

enq

dq

 dt

*

ωref

Hình 3.5. Cấu trúc vịng khố pha cho lưới điện 3 pha
3.4. Mô phỏng cấu trúc điều khiển nối lưới sử dụng bộ điều
khiển PI
3.4.1. Tính chọn tham số mạch lực nghịch lưu hình T ba pha
Để vừa đáp ứng được những yêu cầu và tiêu chuẩn khắt khe (IEEE519) trong việc kiểm soát chất lượng điện áp và dòng điện của một
bộ nghịch lưu nối lưới, vừa đơn giản trong việc thiết kế, mạch lọc L
được lựa chọn.
3.4.2. Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab/Simulink
Bảng 3.1. Thông số mô phỏng
Thông số

Giá trị

Công suất P

15kW

Điện áp lưới

380V/50Hz

Điện áp Vdc

600V

Cuộn cảm L

1,2mH

Tụ điện DC-link, C1
= C2

940µF

Tần số điều chế fsw

10kHz

kup, kui

0,5315; 119,2751

kip, kii

1,617; 5081,07

15


Kịch bản mô phỏng theo tiêu chuẩn IEEE 519-2014 bao gồm: Lưới
điện lý tưởng, biên độ điện áp 1 pha giảm 10%, biên độ điện áp
2 pha giảm 10%, biên độ điện áp 3 phagiảm 10%, tần số thay
đổi ±1%, điện áp có thành phần sónghài bậc 5, 7, 13 (THD = 8%).

Hình 3.6. THD dịng điện và độ lệch điện áp trên tụ DC
3.5. Cấu trúc điều khiển sử dụng bộ điều khiển kháng nhiễu
3.5.1. Cấu trúc điều khiển
ea

n

L

eb

L

ec

L

SA1
ia

SB1

SC1

SA3

a

SA4

ib
b

ic
SA2

eabc

SB4

SB2

SC2

c

UC1

SB3

Udc

SC3
UC2

SC4

iabc
UC1
SVM

P LL
ed , eq

abc
dq

abc
dq

id , iq

DOB
+ -

UC2

Vabc

SOB

LMI

d^d , d^q
^i , ^i
d q

Vsd , Vsq
+
+ Vdi , Vqi

- + dd , dq
id*
FTSMC iq*

PI
0

- +Udc*

BĐK kháng nhiễu BĐK PI

Hình 3.7. Cấu trúc điều khiển mạch nghịch lưu ba pha hình T chế độ
nối lưới khi sử dụng bộ điều khiển kháng nhiễu
3.5.2. Thiết kế bộ điều khiển điện áp
Để đơn giản hoá, bộ điều khiển PI được sử dụng để kiểm soát điện
16


áp DC đầu ra và đã được thiết kế như ở phần 3.3.2.
3.5.3. Thiết kế bộ điều khiển dòng điện
3.5.3.1. Bộ quan sát nhiễu DOB
(3.1)
Nếu ma trận (A+LC) là ổn định, tức là có các nghiệm của phương
trình đặc tính có phần thực âm, thì sai lệch sẽ tiến về khơng,
. Để ước lượng nhiễu một cách chính xác, tức là
ta lựa chọn luật hội tụ như sau:
(3.2)
Trong đó:

là một số dương.

(3.3)

3.5.3.2. Bộ điều khiển FTSMC
Từ phép biến đổi trên và ma trận B là một ma trận vuông 2x2, giá trị
của thành phần cân bằng được tính tốn bởi:
(3.4)
Trạng thái của hệ thống sẽ hội tụ về mặt trượt định trước trong một
khoảng thời gian cố định với thành phần đóng cắt được đề xuất áp
dụng bởi phương trình:
u eq  B -1  X r - A Xˆ - D dˆ - LC X - Xˆ   e 







(3.5)

3.6. Mô phỏng bộ điều khiển kháng nhiễu mới trong chế độ nối
lưới
Thông số và kịch bản mô phỏng giống như ở phần 3.4
17


Hình 3.8. THD dịng điện và độ lệch điện áp trên tụ với FTSMC
3.7. Kết luận
Trong chương này, luận án đã trình bày bộ điều khiển chế độ trượt
FTSMC giúp cho mục tiêu điều khiển được đảm bảo dù trong điều
kiện lưới cân bằng, mất cân bằng, tải hay nhiễu thay đổi theo thời

gian.

Chương 4. Điều khiển nghịch lưu hình T trong chế độ độc lập
4.1. Đặt vấn đề
Việc đảm bảo chất lượng điện áp và dòng điện đầu ra với các dạng
tải khác nhau là một yêu cầu quan trọng khi nghiên cứu và thiết kế
bộ nghịch lưu ba pha hình T trong chế độ độc lập.
4.2. Mơ hình tốn học của nghịch lưu hình T ba pha
P
C1

SA4
SA3

O

SB3
SC3

C2

SA1

SB1

SC1

SB4
SC4
SA2

SB2

Vsa isa Li

iLa

Vsb isb

iLb

Vsc isc

iLc

LOAD

SC2
VLa VLb VLc

N

Cf

Hình 4.1. Cấu trúc nghịch lưu hình T chế độ độc lậpTừ
Hình 4.1, ta xây dựng được phương trình mơ tả phía nguồn và tải
18


4.3. Cấu trúc điều khiển sử dụng bộ điều khiển PI

U dc
Udc1 Udc2

Udc1

Udc2

SC3

abc
dq

SVM

Vabc

SB3

SA3

SC4

SB4

SA2

SA4
SA1

SB2

SB1

SC2

SC1

[Vsd ,Vsq]T

PI
PI

[isd ,isq]T

isabc

dq
abc

Lf + Lf

[isd*,isq*]T

Cf

PI
PI
[VLd* ,VLq*]T

VLabc

-

[VLd ,VLq]T

dq
abc

Load

ω

Hình 4.2. Cấu trúc điều khiển mạch nghịch lưu nguồn áp ba pha
hình T chế độ độc lập khi sử dụng bộ điều khiển PI
4.4. Thiết kế bộ điều khiển điện áp
CfvLq
V

*
sd

+

1
Cfs

PI

Vsd

iLd

Hình 4.3. Cấu trúc mạch vòng điện áp kênh d
4.5. Thiết kế bộ điều khiển dịng điện
Liisq
i*sd

+

1
Li s

PI

isd

VLd

Hình 4.4. Cấu trúc mạch vịng dịng điện kênh d
4.6. Mơ phỏng bộ điều khiển PI trên phần mềm Matlab/Simulink

19


Kịch bản mô phỏng: Tải ba pha cân bằng (R load), tải không cân
bằng
Bảng 4.2. Thông số mô phỏng chế độ độc lập
Thông số

Giá trị

Điện áp Vdc

600V

Điện áp đầu ra

380V/50Hz

Lọc LC

1,2mH, 20µF

Tụ điện DC-link, C1 = C2

940µF

Tần số điều chế fsw

10kHz

Tải điện trở

9,68 Ω

Bộ điều khiển điện áp
kpv, kiv
Bộ điều khiển dịng điện kpi, kii

0,056 ; 82,0513

14,015 ; 9256,2

Hình 4.5. THD và độ lệch điện áp trên tải trường hợp tải mất cân
bằng
4.7. Cấu trúc điều khiển sử dụng bộ điều khiển kháng nhiễu mới
4.7.1. Cấu trúc điều khiển

20


U dc
Udc1 Udc2

Udc1

Udc2

SC3

abc
dq

Vabc

SVM

SB3

SA3

SC4

SB4

SA2

SA4
SA1

SB2

SB1

SC2

SC1

[V sd ,Vsq ]T
[ldi , lqi]T
[l^ di,l^qi]T

DOB

FTSMC
[isd *,isq *]T

SOB

BĐK kháng nhiễu

-

+

[isd ,isq ]T

dq
abc

isabc

Lf + Lf

DOB

Cf

[l^du ,l^qu]T

FTSMC
SOB

+

BĐK kháng nhiễu

LMI

-

[VLd * ,VLq *]T

-

[ld u ,lq u]T

LMI

[V Ld ,VLq]

VLabc
T

dq
abc

Load

ω

Hình 4.6. Cấu trúc điều khiển nghịch lưu hình T chế độ độc lập

4.7.2. Thiết kế bộ điều khiển điện áp và dòng điện
Do trên thực tế, hệ thống có thể chịu thêm nhiễu hoặc tham số mơ
hình khơng hồn tồn chính xác, khi đó ta có:
(4.1)

Để dễ dàng cho việc thiết kế, đặt
đó hệ trên trở thành:

, khi

 X = A .X + B .u + E .l

 y = CX

(4.2)

Ta có hệ phương trình ước lượng trạng thái và luật hội tụ nhiễu như
sau:
 Xˆ = A Xˆ + B u + E lˆ - L C


 yˆ = C Xˆ
ˆ

l = l + k  l


21

X

- Xˆ



(4.3)