Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Câu 1: Nghịch lưu bap ha nối tầng cầu H điều chế vector không gian.
Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp cầu ba pha là một trong những sơ đồ có ứng dụng rộng
rãi nhất. Về cấu tạo sơ đồ cầu bao gồm ba nhánh nửa cầu, vì vậy nó thuộc loại sơ đồ hai
mức, điện áp của mỗi pha đầu ra chỉ thay dổi giữa +/- Vdc. Trong khi đó sơ đồ cầu một
pha, hay còn gọi là sơ đồ cầu chữ H là một sơ đồ ba mức, điện áp ra có thể có ba giá trị, +
Vdc. Kết hợp ba sơ đồ cầu H thành một sơ đồ ba pha, ta sẽ có một dạng nghịch lưu ba
pha ba mức, gọi là sơ đồ ba pha 3H. Là một nghịch lưu ba mức, sơ đồ 3H có những đặc
điểm của một nghịch lưu đa mức, đó là điện áp ra có chất luợng sóng hài tốt hơn, buớc
nhảy điện áp dv/dt nhỏ hon, khóa bán dẫn chịu điện áp thấp hơn, chuyển mạch ít hơn với
cùng tần số điều chế, sơ với sơ đồ cầu ba pha hai mức. Ngoài ra sơ đồ 3H còn có tính
mô-dun hóa cao do mỗi pha trong sơ đồ đều là một cầu H như nhau.

Hình 1: Nghịch lưu ba mức cầu 1 pha
Mỗi sơ đồ nghịch lưu cầu một pha (chữ H) là một nghịch lu ba mức. Ví dụ sơ đồ
cho trên hình 1 và các mức điện áp có thể có cho trong bảng Table 5, bao gồm ba mức 0,
+/-Vdc. Trong bảng Table 5 ký hiệu trạng thái khóa bán dẫn là “1” khi khóa dẫn dòng và
“0” khi khóa không dẫn dòng. Các trạng thái mức điện áp ra của sơ đồ, ký hiệu là sA
(state level), có giá trị sau:

Page 1 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Hình 2. Nghịch lưu ba mức bap ha cầu H

Trong bảng Table 5 cũ ng chỉ ra trạng thái phóng nạp của một chiều Cdc ứng với
trạng thái của van và chiều dòng điện phía xoay chiều. Điều này cần thiết cho thuật
toán cân bằng điện áp trên các tụ một chiều sẽ đề cập đến sau đây. Trong bảng cũng
cho thấy state level “0” ứng với hai state switch của các khóa (S1, S2, S3, S4).
Sơ đồ nghịch lưu ba pha tạo bởi ba nghịch lưu cầu một pha cho trên hình 2. Lưu ý
rằng các nguồn một chiều Vdc trên hình 2 phải cách ly nhau. Khi đó mỗi đầu ra xoay

Page 2 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

chiều khi nối với đầu ra A, B, C của phụ tải ba pha cân bằng ZA = ZB = ZC, còn một
đầu nối chung tại điểm N cũng là điểm cách ly. Z là điểm trung tính của tải.
Giả thiết rằng ba điện áp Vdc là cân bằng và bằng nhau, vdc = Vdc. Mỗi điện áp ra
VAN, V BN , VCN có thể nhận một trong ba mức: -Vdc, 0, +Vdc. Điện áp trên mỗi pha tải
sẽ bằng:

Trong hệ thống điện áp ba pha cần phải đảm bảo VA + VB + VC do đó từ (1.2) suy
ra:

Hệ thống điện áp ba pha có thể biểu diễn bởi vector điện áp:

Với VA, VB, VC là hệ thống điện áp ba pha cân bằng, nghĩa là VA + VB + VC =0,
viết lại vector điện áp v trong (1.4) dưới dạng:

Trong đó:


Góc pha của vector V xác định bằng:

Page 3 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Tính toán theo (1.2), (1,6) có thế thấy rằng với các trạng thái điện áp ra VAN, VBN,
VCN là {1;0;-1}Vdc thì vector điện áp ra có độ dài bằng 0 hoặc 2/3 Vdc. Một vài ví dụ
tính toán như trong bảng sau đây cho thấy rõ đi ều này:

Chính vì vậy quy chuẩn độ dài các vector theo mức điện áp 2/3 Vdc ta sẽ có biểu
diễn các vector điện áp rất thuận tiện cho tính toán sau này. Theo đó ta sử dụng mức
điện áp với mỗi điện áp VAN, VBN, VCN là {1;0;-1}Vdc và các giá trị tính toán theo (1,6)
đều quy chuẩn theo 2/3 sẻ trở thành:

Lợi ích của quy chuẩn (1.8) chính là các vector không gian sẽ tạo thành bởi các
tam giác đều với cạnh bằng 1. Đối với nghịch lưu 3 mức, mỗi pha có 3 mức điện áp ra
(state level), nên có tất cả 33 = 27 phối hợp mức điện áp giữa các pha, tạo nên 27
vector trạng thái điện áp ra nghịch lưu (state vector). Với nghịch lưu 5 mức, mỗi pha
có 5 mức điện áp khả năng, phối hợp giữa ba pha tạo nên 53 = 125 vector điện áp.
Từ (1.2), (1.3), tính toán theo mức điện áp của mỗi pha đầu ra quy chuẩn theo
(1.8), liệt kê các trạng thái của van trên sơ đồ (state switch) và các giá trị điện áp tương
ứng (state level), vector điện áp v và góc của vector điện áp (state vector), như trong

Page 4 of 35



Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

bảng Table 6. Từ 27 state switch có thể tạo ra 19 state vector, kể cả vector không. Các
vector đánh số 0 cho vector điện áp ra bằng 0, gọi là các vector không. Các vector từ 1
đến 6 có độ dài bằng 1, là các vector nhỏ. Mỗi vector nhỏ ứng với hai trạng thái van
dẫn trong sơ đồ, ví dụ V1 ứng với trạng thái (1,0,0) và (1,0,-1), V2 ứng với (1,1,0) và
(0,0,-1). Các vector trùng lặp này có thể dùng cho mục đích cân bằng điện áp trên các
tụ một chiều trong quá trình điều chế. 6 vector đánh số lẻ từ 7, 11,13 đến 17 là những
vector có độ dài lớn, bằng 2. Các vector đánh số chẵn từ 8, 10, đến 18 có độ dài 2 / 3,
là những vector có độ dài trung bình.
Đồ thị các vector biểu diễn trên hệ tọa độ 0αβ cho trên hình 3. Từ đồ thị có thể thấy
6 vector lớn chia mặt phẳng ra làm 6 góc phần sáu. Trong mỗi góc phần sáu này các
vector nhỏ và vector trung bình lại chia ra làm 4 tam giác đều, mỗi tam giác đều có đỉnh
là điểm cuối của các vector. Quy chuẩn độ dài các vector theo 2/3Vdc, các tam giác con
đều có cạnh bằng 1. Hệ thống các tam giác đều này là cơ sở cho phép điều chế vector
không gian.

Page 5 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Page 6 of 35


Lương Xuân Thái


MSHV: CB140517

Có thể dùng bảng Excel để tính toán tất cả các vector điện áp ra cho nghịch lưu 3
cấp, như thể hiện trong bảng Table 7. Trong bảng tính toán các thành phần valpha, vbeta
như (1.8). Độ dài của vector tính bằng:

Những vector được chọn trong điều chế vector không gian cần luôn đảm bảo thế
của trung tính tải vẫn có giá trị tuyệt đối nhỏ nhất (common mode). Để giảm ảnh hưởng
của độ đập mạch trung tính tải, liên quan đến common mode, đối với những vector có
nhiều trạng thái khóa trong điều chế vector không gian luôn chọn vector có thế
common mode nhỏ nhất về giá trị tuyệt đối. Đó là những vector được bôi mầu xám như
trong bảng.

Hình 3. Đồ thị vector không gian xây dựng từ bảng Table 6

Page 7 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Tổng hợp điện áp ra từ ba vector đỉnh của tam giác

Hình 4. Tổng hợp điện áp ra từ ba vector đỉnh của tam giác
Khi vector đầu ra mong muốn khi vector nằm trong một tam giác bất kỳ có thể tổng

Page 8 of 35



Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

hợp vector điện áp ra từ ba vector là đỉnh của của tam giác này. Phương pháp này gọi là
dùng các vector gần nhất (Nearest Vector Modulation). Vấn đề chính ở đây là phép tổng
hợp phải được thực hiện sao cho quá trình điều chế có ý nghĩa, nghĩa là hệ số điều chế
phải nhỏ hơn hoặc bằng 1. Vì vậy như trên hình 4, triển khai vector v theo vector p3 và
hai vector d1, d2 theo hai cạnh kề của tam giác: v = p3 + d1 + d2
d1 = d1(p1 – p3); d2 = d2(p2 – p3); d1, d2 là tỷ lệ độ dài so với cạnh tương ứng của
tam giác.
Điều này sẽ đảm bảo rằng hệ số điều chế d1, d2 bao giờ cũng nhỏ hơn hay bằng 1
nên phép điều chế sẽ có ý nghĩa. Thời gian tương đối sử dụng các vector p1, p2, p3 tính
toán bằng:
◦

v = p3 + d1(p1 – p3) + d2(p2 – p3)

◦

v = p3(1 – d1 – d2) + d1p1 + d2p2.

Biểu thức cuối cùng có nghĩa là d1 là thời gian tương đối sử dụng vector p1, d2 là
thời gian sử dụng vector p2, (1 – d1 – d2) chính là thời gian sử dụng vector p3.
Xác định vị trí của vetor V trong sector lớn

Hình 5. Ba hệ tọa độ vuông góc tạo nên các góc phần sáu (các sector)
Vector điện áp ra mong muốn sẽ nằm trong một trong sáu góc phần sáu. Trước hết ta sẽ
càn xác định hình chiếu của vector v* = [vα*, v*β]T lên hai vector biên của góc phần sáu.

Có thể thấy rằng các góc phần sáu 1,2,...,6 được tạo nên bởi ba hệ tọa độ không vuông
góc (Z1x, Z1y), (Z2x, Z2y), (Z3x, Z3y), thể hiện như hình 5. V ậy hình chiếu của vector
điện áp ra lên vector biên có thể thu được từ phép chiếu các tọa độ α,β lên hệ tọa độ tương
ứng Z1, Z2, Z3. Điều này có thể thực hiện bằng phép nhân hệ tọa độ vuông góc v = [

vα
]
vβ

với ma trận biến đổi hệ tọa độ M1, M2, M3 như sau:
Page 9 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Tuy nhiên theo (1.10) việc tính toán các hình chiếu lên các hệ taa độ Z có thể thực hiện
bằng thuật toán đơn giản như sau:

Sau khi xác định được các tọa độ Zij thuật toán xác định các sector cũng r ất đơn giản như
thể hiện trên hình 6.

Page 10 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517


Hình 6. Thuật toán xác định sector
Tính toán hệ số điều chế và lựa chọn vector trạng thái
Trong mỗi góc phần sáu cần xác định vector nằm trong tam giác con nào. Hình chiếu của
vector điện áp đầu ra mong muốn (Z1x , Z1y ), (Z 2 x , Z 2 y ) , (Z 3 x , Z 3 y ) cũng quy chuẩn
theo 2/3Vdc để phù hợp với hệ vector không gian (nhân với hệ số quy đổi k

3 1
)
2 vdc

Ví dụ vector điện áp ra nằm trong góc phần sáu I như trên hình 3. Theo đó ta xác
định hai hệ số m1, m2, thể hiện là tỷ lệ hình chiếu của vector điện áp đầu ra mong muốn
lên hai vector lớn xác định góc phần sáu lớn.

Trường hợp cụ thể cho sơ đồ ba mức, mỗi sector lớn chỉ gồm 4 tam giác con, dựa
Page 11 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

theo m1, m2 xác định vector đầu ra nằm trong tam giác con nào, theo như trong bảng
Table 8. Trong bảng Table 8 cũng chỉ ra các trạng thái van khác nhau của vector nhỏ có
thể cùng được lựa chọn cùng các hệ số điều chế tương ứng. Lưu ý rằng các thành phần
hệ số điều chế đều nhỏ hơn 1, điều này rất quan trọng vì làm cho phép điều chế có ý
nghĩa.
Phép tổng hợp vector điện áp ra theo các tam giác đều nhỏ trong mỗi sector lớn có
một ưu điểm lớn. Đó là khi ứng với hệ số điều chế thấp, khi vector điện áp ra nằm
trong lục giác đều nhỏ, đỉnh của các vector nhỏ V1, V2, …, V6, phép điều chế sẽ chỉ

dùng những vector nhỏ này, như vậy số lần chuyển mạch của khóa bán dẫn sẽ ít hơn,
chất lượng sóng hài điện áp ra sẽ tốt hơn trong toàn bộ dải điều chế.

Từ bảng Table 8 phát triển cho tất cả các sector lớn còn lại, ta có bảng chọn
vector và hệ số biến điệu tương ứng cho tất cả 6 sector lớn, như thể hiện trong bảng
Table 9. Bảng Table 9 là cơ sở để xây dựng SVM cho nghịch lưu ba pha ba mức cầu H.

Page 12 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Cân bằng điện áp các tụ một chiều
Cân bằng điện áp cho các tụ một chiều luôn là vấn đề phải đặt ra đối với các nghịch
lưu đa cấp. Ngay cả đối với sơ đồ nghịch lưu đơn giản như trên hình 2 giả thiết lý
tưởng ba nguồn một chiều cách ly Vdc1, Vdc2, Vdc3 luôn bằng nhau sẽ không thể thực
hiện được trong thực tế. Những lý do dẫn đến điện áp trên các tụ sẽ mất cân bằng có thể
có sau đây:
- Giá trị tụ Cdc1, Cdc2, Cdc3 có sai lệch về trị số. Ví dụ tụ hóa được chế tạo phổ biến
với sai số cho phép 10% là bình thường.
- Nếu các nguồn DC cách ly được tạo bởi các sơ đồ chỉnh lưu qua các cuộn dây máy biến
áp cách ly thì sai lệch do tỷ số máy biến áp, nội trở tương đương của sơ đồ chỉnh lưu do
có quá trình chuyển mạch X α

pω Lα
(p số xung điện áp ra chỉnh lưu, Lα điện cảm tản
2π


phía đầu vào xoay chiều của sơ đồ chỉnh lưu, ω tần số góc điện lưới), là những nguyên
nhân dẫn đến mất cân bằng điện một chiều.
- Nếu nguồn một chiều là các nguồn sơ cấp, ví dụ từ hệ thống pin mặt trời, thì sai lệch
giữa chúng là điểm tất yếu.
Mất cân bằng điện áp một chiều sẽ làm suy giảm chất lượng sóng hài điện áp đầu ra
nghịch lưu và điều này là không thể chấp nhận được. Do ba nguồn DC là cách ly hoàn
Page 13 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

toàn với nhau nên để phát hiện sự mất cân bằng cần so sánh chúng với giá trị trung bình
của điện áp trên ba tụ. Khi điện áp của tụ lớn hơn giá trị trung bình ở một ngưỡng nào đó
ta sẽ cần cho tụ phóng điện, khi nhỏ hơn sẽ cần cho tụ nạp điện.
Yêu cầu về phóng nạp tụ được thể hiện như sau:

Trong đó ΔV là giá trị ngưỡng được lựa chọn theo yêu cầu mong muốn cân bằng điện áp
trên các tụ, ví dụ có thể chọn, ΔV=1%Vdc,nom, tức là bằng 1% điện áp định mức.
Phân tích quá trình điều chế có thể thấy rằng các vector V1, V2, V3, V4, V5, V6 ứng
với hai trạng thái van. Xét riêng pha A chỉ có hai vector V1 (trạng thái (1,0,0) hoặc (0,-1,1)), V4 (trạng thái (0,1,1) hoặc (-1,0,0)) có tác động trực tiếp đến tụ Cdc1 ở pha A mà
không ảnh hưởng đến hai pha còn lại. Tương tự với pha B là hai vector V3, V6, với pha
C là V2, V5.

Đối với pha A lô-gic lựa chọn vector V1, V4 ứng với yêu cầu phóng, nạp và chiều
dòng điện ia cho trong bảng Table 10. Trong bảng Table 10 chỉ những ô mầu xám là
thực sự có tác dụng đối với tụ Cdc1, còn các ô còn lại tụ không chịu ảnh hưởng gì. Tuy
nhiên với yêu cầu đơn giản nhất có thể thì thuật toán này đã có thể đáp ứng được. Tương
tự như vậy có thể xác định trạng thái van cho các vector V3, V6 và V2, V5 phục vụ yêu

cầu cân bằng điện áp trên các tụ một chiều Cdc2, Cdc3.
Mô phỏng sơ đồ nghịch lưu ba pha ba mức cầu H
Sơ đồ mô phỏng nghịch lưu ba pha 3H ba mức cho trên hình 7. Mạch lực của sơ đồ
cho trên hình 8.

Page 14 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Mỗi mạch nguồn DC cách ly có giá trị Vdc = 400 V, nội trở RL = 0,5Ω. Để kiểm
nghiệm khả năng cân bằng điện áp một chiều giả định các tụ một chiều có các giá trị
khác nhau là 2500µF, 2250 µF và 2750 µF, nghĩa là chênh nhau 10% giá trị lựa chọn
2500µF. Phụ tải phía xoay chiều có dạng trở cảm RL, với R = 1 Ω, L = 10 mH. Tần
số điều chế bằng fs = 1500 Hz, tương đối thấp. Nguồn điện áp xoay chiều ba pha ở
đây chỉ dùng để lấy tín hiệu lượng đặt cho điện áp đầu ra nghịch lưu và chuẩn bị cho
mô hình nối lưới sau đây.

Hình 7. Mô hình mô phỏng nghịch lưu ba mức 3H

Page 15 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Hình 8. Mạch lực sơ đồ nghịch lưu bap ha cầu H


Mô phỏng thực hiện với ba giá trị lượng đặt điện áp: từ 0 đến 0,2s biên độ
điện áp pha ra bằng Vdc/ 3 , từ 0,2s đến 0,4s bằng 2. Vdc/ 3 , từ 0,4s đến 0,6s
bằng 4/3Vdc. Tần số điện áp ra bằng 50 Hz. Tương ứng trong 0,2s đầu điện áp ra chỉ
nằm trong vòng tròn nội tiếp lục giác con trong cùng, sơ đồ hoạt động như nghịch
lưu 2 mức. Trong giai đoạn thứ hai điện áp ra nằm trong vòng tròn nội tiếp lục giác
lớn ngoài cùng, quá trình điều chế tuyến tính với biên độ điện áp ra lớn nhất và sơ đồ
hoạt động như nghịch lưu ba mức. Giai đoạn cuối cùng sơ đồ hoạt động trong chế độ
quá điều chế, điện áp ra vẽ nên các cạnh của lục giác lớn ngoài cùng.

Page 16 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Hình 9. Kết quả mô phỏng dạng dòng đi ện, điện áp của sơ đồ nghịch lưu bap ha, ba mức cầu chữ H

Kết quả mô phỏng cho trên hình 9. Dạng điện áp ở đầu ra nghịch lưu cho pha A
cho dưới dạng xung ra uA và dạng đã cho qua một mạch lọc tần số thấp uA_filtered để
thấy được dạng sóng hài của điện áp ra. Trên dạng xung điện áp có thể thấy rõ các
mức của điện áp ra. Như trong bảng Table 6, điện áp ra của sơ đồ ba pha gồm 9 mức.
Các mức điện áp này đảm bảo dạng chất lượng sóng hài của dòng đầu ra rất tốt, như
dạng dòng Iabc chỉ ra. Thuật toán cân bằng điện áp tụ DC đảm bảo các điện áp trên
các tụ chênh với giá trị trung bình Vdc_aveg lớn nhất là +/- 10 V. Ngưỡng điện áp đặt
là ΔV = ± 2, 5V . Điện áp trung bình trên các tụ cũng giảm xuống so với điện áp nguồn
400 V do có ảnh hưởng của nội trở 0,5 Ω trong mỗi nguồn. Những thử nghiệm khác
khi cho các nội trở chênh lệch hoặc ngay cả khi các nguồn Udc có chênh nhau trong
phạm vi 10 % vẫn cho thấy tính hiệu quả cân bằng điện áp cho các tụ một chiều.

Phân tích thành phần sóng hài điện áp ra trong ba giai đoạn điều chế cho trên các
hình 10, 11, 12. Phân tích Fourier tính đến sóng hài bậc 25, 1250 Hz, cho thấy trong
vùng làm việc như nghịch lưu 2 mức tổng độ méo sóng hài THD bằng 13,54%, trong

Page 17 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

vùng tuyến tính ba mức THD bằng 6,84%, trong vùng quá điều chế bằng 8,04%.
Như vậy nghịch lưu đa mức cho ra dạng sóng điện áp tốt hơn hẳn so với nghịch lưu hai
mức. Xem xét kỹ còn có thể thấy rằng điện áp ra khi điều chế ba mức các thành phần
sóng hài đều có biên độ nhỏ hơn so với hai trường hợp còn lại.

Hình 10. Phân tích Fourier dạng điện áp ra nghịch lưu trong vùng điện áp thấp, đến song hài bậc 25

Hình 11. Phân tích Fourier dạng song điện áp ra nghịch lưu trong vùng điện áp ra lớn nhất tuyến

Page 18 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

tính, đến song hài bậc 25.

Hình 12. Phân tích Fourier dạng song điện áp ra nghịch lưu trong vùng điện áp ra lớn quá điều chế,

đến sóng hài bậc 25

Câu 2. Thiết kế các mạch vòng điều chỉnh cho nghịch lưu nối lưới
a. Nghịch lưu DC-AC nối lưới (chuyển năng lượng từ phía DC sang phía AC)

Page 19 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Hình Error! No text of specified style in document..1 S

b ngh ch l u ba pha n i l

i.

Sơ đồ trên hình 7.4 có nhiệm vụ chuyển năng lượng từ phía nguồn một chiều, có thể từ
nguồn phát pin mặt trời, sang nguồn lưới e có công suất rất lớn, nghĩa là tần số và điện áp
có giá trị coi là không đổi. Mục tiêu điều khiển là cân bằng công suất giữa phía DC và phía
AC của bộ biến đổi nên quy thành mục tiêu giữ ổn định điện áp trên tụ C phía một chiều.
Công suất truyền về phía xoay chiều thông qua điều khiển dòng qua cuộn kháng L. Bằng
mô hình hóa mạch điện trên hệ tọa độ 0dq, dòng đi ện id điều khiển công suất tác dụng và
dòng iq điều khiển công suất phản kháng. Mối liên hệ chéo giữa hai kênh dòng điện có thể
bù trong bộ điều chỉnh nên có thể thiết kế mạch vòng dòng điện độc lập. Các phân tích mô
hình có thể cho thấy dòng điện có đặc tính động học nhanh hơn nhiều so với điện áp nên có
thể áp dụng cấu trúc điều khiển hai mạch vòng với mạch vòng điện áp ở ngoài cùng.Khi
thiết kế mạch vòng dòng đi ện bên trong có thể dùng phương pháp phản hồi trạng thái áp
đặt điểm cực để đạt được băng thông đủ rộng và độ tắt dần phù hợp.

Mô hình trung bình tổng quát của nghịch lưu nối lưới có dạng giống như
Error! Reference source not found., viết lại như (0.1). Mô hình này xây dựng với hàm
đóng cắt điều khiển u = {-1; 1} nên có các hệ số vo/2 ở phương trình dòng điện và ¾ ở
phương trình điện áp.
ω Liq

Lid

E

vo
βd
2

rLid

vo
β q rLiq
2
vo
3
id β d iq β q
4
RC
ω Lid

Liq
Cvo

(0.1)

iS

Giả thiết rằng nguồn dòng một chiều iS được điều khiển riêng biệt, do một kênh điều khiển
khác trong hệ nguồn pin mặt trời, và điện áp một chiều vo theo quan hệ:
iS

f vo

Io

vo
RC

(0.2)

Trong đó Io là nguồn dòng thay đổi chậm, còn RC là điện trở động của nguồn, nghĩa là t ỷ số
giữa biến động nhỏ vo / iS quanh điểm làm việc trên đường đặc tính vôn-ampe của nguồn
phát pin mặt trời. Trên đặc tính này Io là dòng đầu ra ngắn mạch (khi vo = 0).

Page 20 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Điểm làm việc cân bằng có thể xác định từ (0.1) khi cho đạo hàm bên vế trái bằng không.
Coi dòng phản kháng đặt iqe* 0 , bỏ qua tổn hao nhỏ trên điện trở cuộn cảm rL, các giá trị
xác lập còn lại xác định bằng:
β de


2

E
; β qe
vo*

2

ω Lide
; ide
vo*

4 I Ss
3 β de

(0.3)

Trong đó ide phụ thuộc vào dòng của nguồn một chiều tại điểm làm việc cân bằng.
Tuyến tính hóa quanh điểm làm việc cân bằng đưa đến hệ sau:
L id
L iq
C vo

β de
voe
βd
vo rL id
2
2

β qe
voe
ω Lid
βq
vo rL iq
2
2
3β qe
3iqe
3β de
3ide
βd
βq
id
iq
4
4
4
4

ω Liq

(0.4)
1
vo iS
RC

Coi trong phương trình dòng điện điện áp vo biến đổi chậm, hệ con đối với dòng điện trở
thành:
L id

L iq

voe
β d rL id
2
voe
ω Lid
β q rL iq
2

ω Liq

(0.5)

Trong (0.5) các thành phần ω Liq , ω Lid coi là nhiễu, có thể bù hết nhờ mạng bù. Vì vậy cả
hai kênh d và q có dạng giống nhau và đều có cùng hàm truyền:
Hc s

id s

iq s

βd s

βq s

Trong đó Tc
H PIc s

H 0c s


L
, Kc
rL

K pc 1

voe
1
2rL L s 1
rL

Kc

1
Tc s 1

(0.6)

voe
. Sử dụng bộ điều chỉnh PI cho mạch vòng dòng điện,
2rL

1
, hàm truyền hệ kín sẽ là:
Tic s

H PIc s H c s
1 H PIc s H c s


Tic s 1
TcTic 2
s
K c K pc

(0.7)

1
1
Tic s 1
K pc K c

Page 21 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Áp đặt mạch vòng kín có dạng bậc hai với hằng số thời gian T0c và độ tắt dần ζc dưới dạng
(0.8). Phương pháp thiết kế này gọi là áp đặt đặc tính tần số mong muốn (Loop Shaping).
H 0c s

Tic s 1
T s 2ζ cT0 c s 1
2 2
0c

(0.8)


Do để giảm tổn hao trên cuộn cảm thông thường điện trở rL thiết kế ở giá trị rất nhỏ, làm
cho hàng số thời gian mạch dòng đi ện Tc có thể quá lớn. Vì vậy thường áp đặt hằng số thời
gian hệ kín nhỏ hơn 10 lần hằng số thời gian của dòng điện ban đầu T0c = Tc/10 và độ tắt
dần ζc = 0,7. Từ đó có thể xác định các thông số của bộ điều chỉnh:
Tic

2ζ cT0 c

T02c
, K pc
Tc

TcTic
K cT02c

(0.9)

Cả hai mạch vòng có thể cần có khâu lọc đằng trước để loại trừ ảnh hưởng của điểm zero
trong mạch vòng kín (khâu có tính vi phân). Khâu lọc có dạng:
H fc s

1
Tic s 1

(0.10)

Cấu trúc mạch vòng dòng điện cho trênHình Error! No text of specified style in
document..2.

Hình Error! No text of specified style in document..2 Cấu trúc mạch vòng dòng

điện, có mạch bù chéo kênh dòng điện.
Phương trình th ứ ba trong (0.4) đối với điện áp trên tụ C với giả thiết dòng iq = 0, dòng id
được điều khiển bám theo lượng đặt id*, có dạng:
C vo

3β de *
id
4

3ide
βd
4

1
vo iS
RC

(0.11)

Page 22 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

Ảnh hưởng của biến động β d đối với đạo hàm vo có thể bỏ qua vì β d là đầu ra của bộ điều
chỉnh dòng id. Do đối tượng id có dạng như khâu tích phân nên đầu vào của nó β d có dạng
như xung vi phân ngắn đối với thay đổi bước nhảy của lượng đặt id* nên hầu như không có
tác động đối với những thay đổi chậm của vo. Vì vậy phương trình điện áp trở thành:

3β de *
id
4

C vo

1
vo iS
RC

(0.12)

Từ (0.12) hàm truyền của điện áp đầu ra từ đầu vào điều khiển id* có dạng:
Hv s

3RC β de
1
4 CRC s 1

vo s
id s

3RC β de
, Tv
4

Trong đó K v
H PIv s

H 0c s


K pv 1

Kv

1
Tv s 1

(0.13)

CRC . Điều khiển mạch vòng điện áp bằng bộ điều chỉnh PI,

1
, hàm truyền hệ kín sẽ là:
Tiv s

H PIv s H v s

Tiv s 1

1 H PIv s H v s

TvTiv 2
s
K v K pv

(0.14)

1
1

Tiv s 1
K pv K v

Giống như đã làm v ới kênh dòng điện, áp đặt mạch vòng kín có dạng bậc hai với hằng số
thời gian T0v và độ tắt dần ζvmong muốn dưới dạng:
H 0v s

Tiv s 1
T s 2ζ vT0 v s 1
2 2
0v

(0.15)

Trong các ứng dụng nghịch lưu, đưa năng lượng từ phía một chiều về phía xoay chiều,
thường RC rất lớn, cùng với giá trị tụ DC lớn nên hằng số thời gian kênh điện áp Tv có thể
rất lớn.Vì vậy cần áp đặt hằng số thời gian hệ kín nhỏ hơn nhiều lần hằng số thời gian của
điện áp ban đầu, với giá trị mong muốn về độ tác động nhanh của kênh điện áp, và độ tắt
dần ζc = 0,7.Từ đó có thể xác định các thông số của bộ điều chỉnh:
Tiv

2ζ vT0 v

T02v
, K pv
Tv

TvTiv
K vT02v


(0.16)

Nếu muốn thay đổi lượng đặt điện áp cần có khâu lọc cho đầu vào để tránh ảnh hưởng của
khâu vi phân do điểm zero của mạch vòng kín. Khâu lọc có hàm truyền:

Page 23 of 35


Lương Xuân Thái

MSHV: CB140517

1
Tiv s 1

H fv s

(0.17)

Mô hình mô phỏng bộ nghịch lưu ba pha nối lưới
Mô hình bộ nghịch lưu nối lưới cho trên Hình Error! No text of specified style in
document..4. Năng lượng được đưa từ phía một chiều là nguồn dòng CS sang lư ới điện ba
pha.
Điện áp một chiều: Udc = 700 V; Cuộn cảm xoay chiều: L 4, 7 mH, rL

0,1

.

Nguồn lưới xoay chiều: 3 x 380 V, 50 Hz.

Nguồn dòng trong ví dụ này có đặc tính cho trên Hình Error! No text of specified style in
document..3. Ở quanh điểm làm việc dự định Vo= 700 V nguồn dòng có giá trị như trong
bảng sau:
Is (A)

Vo (V)

Io = 17,62

0

17,36

650

ISs=17,2

700

16,8

750

0

960

RC (Vo = 700 V)

RC


Vo
IS

700
1, 667 k
17, 62 17, 2

Hình Error! No text of specified style in document..3 Đặc tính nguồn dòng CS.
Tính toán các giá trị xác lập, gần đúng bỏ qua ảnh hưởng của điện trở cuộn cảm rL:
Page 24 of 35


Lương Xuân Thái
E
vo*

β de

2

ide

4 I Ss
3 β de

β qe

2


2.220
700

MSHV: CB140517
0,89;

4 17, 2
3 0.89

ω Lide
vo*
4, 7.10
0,1

2

25, 77 A ;

2π .50.4, 7.10 3.25, 77
700

3

Tc

L
rL

Tv


RC C 1667.4700.10

voe
2rL

47 ms ; K c
6

0,11;
700
3500.
2.0,1
3RC β de
4

7,834 s ; K v

3.1667.0,89
1113,39 (V / A).
4

Có thể thấy rằng Tcbằng 47 ms là khá lớn, vì vậy có thể chọn băng thông của mạch vòng
dòng điện từ điều kiện nhỏ hơn 5 đến 10 lần tần số đóng cắt của mạch điều chế PWM.
Trong trường hợp này chọn băng thông cỡ 500 Hz, tương ứng hằng số thời gian T0c cỡ 2
ms. Chọn hệ số tắt dần ζc = 0,7. Tham số của bộ điều chỉnh dòng đi ện PI tính bằng:
Tic

2ζ cT0 c

T02c

Tc

2.0, 7.2.10

47.10 3.2,8.10
3500.2 2.10 6

TcTic
K cT02c

K pc

2ζ cT0 c

3

2,8.10 3 ;

3

9, 4.10 3.

Bộ điều chỉnh PI còn hay được biểu diễn dưới dạng song song:
Hc s

K pc 1

1
Tic s


K pc / Tic

K pc

s

9, 4.10 3 / 2,8.10

Tính toán K ic

K pc

3

K ic
, trong đó K ic
s

K pc / Tic .

3,357 . Bộ PI dạng nối tiếp hay dạng song song đều hay

được dùng trong mô phỏng.
Với mạch vòng điện áp hằng số thời gian rất lớn, 7,835 s, vì vậy chọn hằng số thời gian T0v
cỡ 10 lần hằng số thời gian của mạch vòng dòng điện, T0v = 20 ms. Như vậy mạch vòng
kín sẽ nhanh hơn 333 lần so với mạch vòng điện áp ban đầu. Tham số bộ điều chỉnh PI tính
bằng:
Tiv
K pv


2ζ vT0 v
TvTiv
K vT02v

T02v
Tc

2ζ vT0 v

2.0, 7.20.10

7,835.28.10 3
1113,39.20 2.10 6

3

28.10 3 ( s).

0, 493.

Biến đổi sang dạng song song với K iv

K pv / Tiv

0, 493 / 28.10

3

17, 6 .


Page 25 of 35