LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong
luận án hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào.

Người hướng dẫn khoa học

Tác giả luận án

Bùi Văn Huy

1


LỜI CẢM ƠN

Luận án này được hoàn thành trên cơ sở những kết quả nghiên cứu của tôi tại trường
Bách khoa Hà Nội, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn và PGS.TS. Trần
Trọng Minh, Đại học Bách khoa Hà Nội. Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tập
thể hướng dẫn, những người đã luôn gắn liền với mọi hoạt động khoa học của tác giả, về
sự chỉ dẫn nhiệt tình, tin tưởng, quan tâm, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho tác giả hoàn
thành bản luận án.
Tôi xin cảm ơn những ý kiến đóng góp quý báu tại các buổi tác giả báo cáo khoa học
của PGS.TS. Bùi Quốc Khánh, GS.TSKH. Nguyễn Phùng Quang, PGS.TS. Tạ Cao Minh,
TS. Nguyễn Thế Công, PGS.TS.Nguyễn Quang Địch, PGS.TS. Nguyễn Phạm Thục Anh,
TS. Đỗ Mạnh Cường, TS. Dương Minh Đức, TS. Phạm Việt Phương cùng các cán bộ,
giảng viên bộ môn TĐHCN- Viện Điện - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, Viện Đào tạo sau đại học, Viện Điện Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi nhất về nhiều mặt để tôi hoàn thành luận án.
Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ của Viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa đã tạo điều
kiện thuận lợi để tôi có địa điểm nghiên cứu và triển khai thực nghiệm của đề tài.

Tôi xin cảm ơn TS.Vũ Hoàng Phương và các sinh viên cùng nhóm nghiên cứu đã hỗ trợ
rất đắc lực và hiệu quả cho tôi trong việc hoàn thành các mô hình thực nghiệm.
Tôi cũng muốn cảm ơn TS.Nguyễn Tùng Lâm - BM TĐHCN, TS.Đào Phương Nam BM Điều khiển tự động ĐHBKHN và TS. Trần Duy Trinh - ĐH Sư phạm kỹ thuật Vinh là
những người xuyên trao đổi chuyên môn, hỗ trợ tác giả trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên
cứu và động viên giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình triển khai luận án.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện của Ban
giám hiệu trường Đại học Thành Đô và các đồng nghiệp tại khoa Công nghệ Kỹ thuật Điện
Tự động hóa - Đại học Thành Đô.
Sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình tôi, đặc biệt là vợ và con gái.
Sự quan tâm, động viên và giúp đỡ của gia đình đã giúp tôi vượt qua khó khăn để hoàn
thành luận án.

2


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. 1
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... 6
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................................. 8
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................................ 9
MỞ ĐẦU…………….. ....................................................................................................... 14
1. TỔNG QUAN ................................................................................................................. 18
1.1 Vai trò của những bộ biến đổi đa bậc trong việc kết nối nguồn phát phân tán với
lưới điện ............................................................................................................... 18
1.2

Các bộ biến đổi đa bậc nguồn áp ......................................................................... 20

1.2.1


Nghịch lưu dùng điôt kẹp các mức điện áp ............................................................ 20

1.2.2

Nghịch lưu đa bậc dạng tụ bay (flying capacitor - Clamped) ................................ 22

1.2.3

Cấu trúc nghịch lưu đa bậc nối tầng cầu chữ H ..................................................... 23

1.2.4

Nghịch lưu đa bậc tổng quát .................................................................................. 25

1.2.5

Những cấu trúc nghịch lưu đa bậc đặc biệt khác ................................................... 26

1.3

Các phương pháp điều chế PWM cho nghịch lưu đa bậc.................................... 28

1.3.1

Điều chế tại tần số cơ bản ...................................................................................... 28

1.3.2

Điều chế theo sóng mang ....................................................................................... 29


1.3.3

Điều chế vector không gian (SVM) ....................................................................... 30

1.4

Tổng quan về phương pháp chuyển mạch trong biến tần ma trận ...................... 31

1.5

Các phương pháp điều khiển mạch vòng dòng điện cho bộ biến đổi đa bậc ...... 32

1.6

Tổng quan về tình hình ứng dụng bộ biến đổi đa bậc trong việc kết nối nguồn
điện phân tán với lưới .......................................................................................... 34

1.6.1

Cấu trúc bộ AC-DC-DC-AC .................................................................................. 37

1.6.2

Cấu trúc bộ AC-DC-AC-AC .................................................................................. 38

1.7

Định hướng và nhiệm vụ nghiên cứu của luận án ............................................... 39


1.7.1

Định hướng nghiên cứu.......................................................................................... 39

1.7.2

Những nhiệm vụ cần giải quyết của luận án .......................................................... 41

1.7.3

Đóng góp của luận án............................................................................................. 41

1.8

Tóm tắt và kết luận .............................................................................................. 42

2. BỘ BIẾN ĐỔI HAI CỔNG AC-DC-AC-AC CÓ KHÂU TRUNG GIAN TẦN SỐ CAO
43
2.1

Cấu trúc của bộ AC-DC-AC-AC đa bậc nối tầng ............................................... 43

3


2.2

Phân tích bộ biến đổi phía cổng 1 ....................................................................... 44

2.2.1


Phương pháp điều chế cho nghịch lưu đa bậc cầu H nối tầng ............................... 46

2.2.2

Cân bằng điện áp các khâu DC Nghịch lưu đa bậc nối tầng cầu H ....................... 48

2.3

Phân tích bộ biến đổi ở cổng 2 ............................................................................ 54

2.3.1

Các nguyên lý điều chế mạch AC-AC ................................................................... 55

2.3.2

Điều chế PWM cho bộ biến đổi DC-AC-AC với khâu AC-AC điều chế kiểu biến
tần ma trận.............................................................................................................. 56

2.3.3

Điều khiển chuyển mạch cho biến tần ma trận ...................................................... 58

2.3.4

Mô phỏng, kiểm chứng phương pháp điều chế và thuật toán chuyển mạch .......... 62

2.3.5


Bộ nghịch lưu 7 bậc xây dựng trên bộ biến đổi DC-AC-AC nối tầng .................. 63

2.4

Tóm tắt và kết luận .............................................................................................. 67

3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI ....................................... 68
3.1 Mô hình trạng thái và vấn đề điều khiển công suất của bộ biến đổi nối lưới ...... 68
3.1.1

Mô hình trạng thái liên tục ..................................................................................... 68

3.1.2

Điều khiển công suất trong bộ biến đổi nối lưới .................................................... 70

3.2

Phân tích cấu trúc điều khiển............................................................................... 70

3.3

Thiết kế cấu trúc điều khiển PID cho bộ biến đổi ............................................... 72

3.3.1

Thiết kế mạch vòng dòng điện ............................................................................... 72

3.3.2


Thiết kế mạch vòng điện áp một chiều trung gian ở cổng 1 .................................. 74

3.3.3

Thiết kế các vòng điều khiển công suất ................................................................. 75

3.4

Cấu trúc điều khiển cộng hưởng cho mạch vòng dòng điện ............................... 78

3.4.1

Cấu trúc của bộ điều khiển cộng hưởng................................................................. 78

3.4.2

Thiết kế bộ điều khiển cộng hưởng cho mạch vòng dòng điện của hệ thống ACDC-AC-AC đa bậc nối tầng ................................................................................... 82

3.5

Cấu trúc điều khiển tựa thụ động cho mạch vòng dòng điện .............................. 82

3.5.1

Nguyên lý điều khiển tựa theo thụ động ................................................................ 82

3.5.2

Xây dựng bộ điều khiển tựa thụ động cho mạch dòng điện ................................... 83


3.6

Cấu trúc điều khiển tựa thụ động thích nghi tham số cho mạch vòng dòng điện 85

3.7

Mô phỏng kiểm chứng kết quả ............................................................................ 89

3.7.1

Mô phỏng hệ điều khiển trên hệ tọa độ dq với bộ điều khiển PI cho mạch vòng
dòng điện................................................................................................................ 90

3.7.2

Mô phỏng điều khiển bộ biến đổi với cấu trúc điều khiển cộng hưởng cho mạch
vòng dòng điện ....................................................................................................... 94

3.7.3

Mô phỏng điều khiển trên hệ dq với bộ điều khiển tựa thụ động .......................... 97

3.7.4

Mô phỏng đáp ứng bộ điều khiển tựa thụ động khi có sai lệch R, L ..................... 99

3.7.5

Mô phỏng hệ thống với bộ điều khiển tựa thụ động có khâu thích nghi tham số 101


3.7.6

Đánh giá kết quả mô phỏng ................................................................................. 103

4


3.8

Tóm tắt và kết luận ............................................................................................ 104

4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM .................................................................. 105
4.1 Mô hình thực nghiệm kiểm chứng thuật toán cân bằng điện áp trên tụ ............ 105
4.1.1

Sơ đồ cấu trúc hệ thống và mô hình thực nghiệm ................................................ 105

4.1.2

Các kết quả thực nghiệm ...................................................................................... 108

4.2

Hệ thống thực nghiệm bộ DC-AC-AC với khâu trung gian tần số cao............. 110

4.2.1

Sơ đồ cấu trúc hệ thống thí nghiệm ..................................................................... 110

4.2.2


Thuật toán điều chế .............................................................................................. 113

4.2.3

Kết quả thực nghiệm ............................................................................................ 114

4.3

Thực nghiệm bộ nghịch lưu 7 bậc DC-AC-AC nối tầng................................... 116

4.3.1

Sơ đồ thực nghiệm ............................................................................................... 116

4.3.2

Kết quả thực nghiệm ............................................................................................ 118

4.4

Thực nghiệm bộ biến đổi AC-DC-AC-AC một pha ba bậc .............................. 120

4.4.1

Sơ đồ thực nghiệm ............................................................................................... 120

4.4.2

Cấu trúc điều khiển .............................................................................................. 120


4.4.3

Kết quả thực nghiệm ............................................................................................ 122

4.5

Tóm tắt và kết luận ............................................................................................ 123

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 125
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................. 134
PHỤ LỤC ………………………………………………………………………………..135
PL 1. Một số hình ảnh về Kit FPGA và Xilinx Blockset .................................................. 135
PL 2. Một số cấu trúc điều khiển thực hiện trên Malab-Simulink..................................... 137

5


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu
Ký hiệu
Qref
Pref
Qmeas
Pmeas
L
C
eN

ed, eq
iL
id, iq
i∝, iβ

Đơn vị
VAr
W
VAr
W
H
F
V
V
A
A
A

Ý nghĩa
Giá trị đặt của công suất phản kháng
Giá trị đặt công suất tác dụng
Giá trị đo và tính toán của công suất phản kháng
Giá trị đo và tính toán của công suất tác dụng
Cuộn cảm
Tụ điện
Điện áp nguồn điện phía xoay chiều
Điện áp phía lưới trên hệ tọa độ dq
Dòng điện chạy qua cuộn cảm
Dòng điện chạy qua cuộn cảm trên hệ tọa độ dq
Dòng điện chạy qua cuộn cảm trên hệ tọa độ ∝β


Chữ viết tắt
SVM

Space Vector Modulation

Điều chế véc tơ không gian

A
AF
CBM
CL
CHB

Active Filter
Carrier based Modulation
Chỉnh lưu
Cascaded H -bridge

DG
DVR
DSP
FPGA

Distributed Generation
Dynamic voltage restoration
Digital Signal Processor
Field Programmable Gate array

FACTS


Flexible AC Transmission System

FC
HB
IGBT
MPC

flying capacitor
H-Bridge
Insulated Gate Bipolar Transistor
Model Predictive Control

MBA
NLĐB
NPC
PBC
PR
PV
PLL

Neutral –point converter
Passivity Based Control
Proportional Resonant
Photovoltaic
Phase Locked Loop

Lọc tích cực
Điều chế sóng mang
Chỉnh lưu

Nghịch lưu đa bậc cầu H
nối tầng
Nguồn phân tán
Phục hồi điện áp động
xử lý tín hiệu số
Mảng cổng lập trình được
dạng trường
Hệ thống truyền tải xoay
chiều linh hoạt
Tụ bay
Cầu H
Van IGBT
Điều khiển trên cơ sở mô
hình dự báo
Máy biến áp
Nghịch lưu đa bậc
Bộ biến đổi đa bậc điot kẹp
Điều khiển tựa thụ động
Cộng hưởng
Điện mặt trời
Vòng khóa pha

6


Điều chế độ rộng xung
Nguồn năng lượng tái tạo
Bộ bù đồng bộ tĩnh
Tổng méo sóng hài
Hệ thống điều khiển dòng

năng lượng
Power Bộ quản lý công suất đa
năng và linh hoạt

PWM
RES
STATCOM
THD
UPFC

Pulse Width Modulation
Renewable Energy Sources
Static Synchronous Compensator
Total Harmonic Distortion
Unified Power Flow Controller

UNIFLEX-PM

Universal and
Management

Flexible

7


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1
Bảng 1.2

Bảng 1.3
Bảng 1.4
Bảng 2.1

Trạng thái van tương ứng các mức điện áp trong bộ nghịch lưu 3 bậc diot kẹp21
Trạng thái van tương ứng các mức điện áp trong bộ nghịch lưu 5 bậc diot kẹp21
Trạng thái van ứng các mức điện áp trong bộ nghịch lưu 3 bậc loại tụ kẹp ..... 22
Trạng thái van ứng các mức điện áp trong bộ nghịch lưu 5 bậc kiểu tụ bay ... 23
Trạng thái các van của một module cầu H ứng với các trạng thái khác nhau của

điện áp đầu ra 45
Bảng 2.2 Các mức điện của nghịch lưu đa bậc với 3 cầu, điện áp một chiều bằng nhau . 45
Bảng 2.3 Trạng thái van và tình trạng phóng nạp của tụ DC đối với một cầu chữ H ..... 50
Bảng 2.4 Trạng thái của van đối với các mức điện áp ra trong sơ đồ nối tầng 3 cầu H ... 50
Bảng 2.5 Tác động cân bằng điện áp trên các tụ DC cho nghịch lưu nối tầng 3 cầu H .. 51
Bảng 3.1 Bảng tham số hệ thống bộ biến đổi ................................................................... 90
Bảng 3.2 Tham số bộ điều khiển ...................................................................................... 90
Bảng 3.3 Tham số bộ điều khiển cộng hưởng .................................................................. 94
Bảng 3.4 Tham số các bộ điều khiển ................................................................................ 97
Bảng 4.1 Bảng thông số mô hình thực nghiệm DC-AC-AC .......................................... 111
Bảng 4.2 Bảng thông số LEM LAH 55-P....................................................................... 112
Bảng 4.3 Bảng thông số dải đo dòng điện, điện áp của mạch đo ................................... 112
Bảng 4.4 Các tham số thực nghiệm ................................................................................ 121


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3

Hình 1.4
Hình 1.5

Sơ đồ khối hệ thống điện tử công suất ứng dụng trong nguồn phân tán [107] . 18
Cấu hình nghịch lưu thông thường trong các ứng dụng công suất lớn [99]...... 19
Vấn đề khi mắc nối tiếp các van ....................................................................... 19
Cấu trúc nghịch lưu đa bậc dùng diot kẹp 3 mức (a) và 5 mức(b) [54] ............ 21
Cấu trúc nghịch lưu đa bậc kiểu tụ bay (a) 3 mức (b) 5 mức [54] .................... 23

Hình 1.6 Nghịch lưu đa bậc nối tầng 7 bậc (a) và 9 bậc (hình b) [29] ............................. 24
Hình 1.7 Nghịch lưu đa bậc 3 pha 2 mức nối tầng [38] ................................................... 25
Hình 1.8 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc dạng tổng quát [41].................................................... 25
Hình 1.9 Cấu trúc nghịch lưu đa bậc lai nhiều mức [111] ............................................... 26
Hình 1.10 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc nối tầng bất đối xứng với giá trị điện áp của mỗi tầng
khác nhau. 27
Hình 1.11 Nghịch lưu đa bậc nối tầng bất đối xứng với tần số khác nhau. ....................... 27
Hình 1.12 Nghịch lưu đa bậc lai sử dụng cấu trúc chuyển mạch mềm .............................. 27
Hình 1.13 Điện áp ra nghịch lưu đa bậc trong điều chế tại tần số cơ bản. ......................... 28
Hình 1.14 Điều chế tại tần số cơ bản sử dụng thuật toán cân bằng điện áp[49]. ............... 28
Hình 1.15 Điều chế sóng mang dịch mức .......................................................................... 29
Hình 1.16 Sơ đồ mô tả quá trình chuyển mạch .................................................................. 31
Hình 1.17 Trạng thái logic của các van trong chuyển mạch bốn bước theo điện áp ......... 32
Hình 1.18 Phân loại các cấu trúc bộ điều khiển dòng điện cho nghịch lưu đa bậc nối lưới
33
Hình 1.19 Hệ thống STATCOM 1-MVA 6,6 kV xây dựng trên cơ sở nghịch lưu đa bậc
cầu H nối tầng [45] .............................................................................................................. 34
Hình 1.20 Hệ thống AF dựa trên bộ nghịch lưu đa bậc điốt kẹp 3 pha ba bậc [46]........... 35
Hình 1.21 Cấu hình hệ AF trên cơ sở bộ nghịch lưu tụ kẹp 7 bậc[74] .............................. 35
Hình 1.22 Cấu hình bộ biến đổi 3 cổng UNIFLEX-PM xây dựng trên cơ sở bộ nghịch lưu
cầu H nối tầng ứng dụng để tích hợp các nguồn điện phân tán vào lưới [92], [93] ............ 36

Hình 1.23 Cấu trúc lưới điện phân tán sử dụng bộ biến đổi điện tử công suất UniflexPM[105] 36
Hình 1.24 Sơ đồ cấu hình Uniflex-PM (Khâu DC-DC cách ly) ....................................... 37
Hình 1.25 Sơ đồ cấu hình Uniflex-PM (Khâu DC-AC cách ly) ....................................... 38
Hình 1.26 Module DC-AC-AC .......................................................................................... 39
Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống AC-DC-AC-AC xây dựng trên cơ sở nghịch lưu đa bậc nối
tầng cầu chữ H và bộ DC-AC-AC ....................................................................................... 43
Hình 2.2 Cấu trúc bộ biến đổi của cổng 1 ........................................................................ 44
9


Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12

Cấu trúc một module cầu H công suất .............................................................. 44
Phương pháp điều chế 1 cực tính với hai sóng điều chế ................................... 46
Phương pháp điều chế 1 cực tính với một sóng điều chế hai sóng mang ......... 47
Phương pháp điều chế 2 cực tính ...................................................................... 47
Điều chế sóng mang kiểu dịch pha cho bộ nghịch lưu cầu H 7 bậc[29] ........... 48
Trạng thái tụ nạp khi S1, S4 = 1, iL>0 ................................................................ 50
Trạng thái tụ phóng khi S2, S3=1, iL>0 .............................................................. 50
Tụ chỉ cấp dòng ra tải khi S2, S4=1, iL>0 .......................................................... 50
Tụ chỉ cấp dòng ra tải khi S1, S3=1, iL>0 .......................................................... 50

Chỉnh lưu tích cực trên cơ sở nghịch lưu đa bậc nối tầng cầu H ...................... 52

Hình 2.13 Thực thi thuật toán cân bằng điện áp trên tụ bằng matlab Simulink ................. 52
Hình 2.14 Kết quả mô phỏng thuật toán cân bằng điện áp trên tụ ..................................... 53
Hình 2.15 Kết quả phân tích sóng hài dòng điện chạy qua cuộn cảm từ t =0,3s đến 0,4s . 53
Hình 2.16 Cấu trúc bộ biến đổi ở cổng 2 (a) và Sơ đồ cấu trúc của một module DC-ACAC(b) 54
Hình 2.17 Sự tương đương về mặt điều chế giữa khâu AC-AC (a) và cầu H (b) .............. 56
Hình 2.18 Mẫu xung điều chế PWM cho matrix converter dùng hai sóng mang ngược pha
57
Hình 2.19 Mẫu xung PWM cho matrix converter dùng 2 sóng điều chế ngược pha ......... 58
Hình 2.20 Quy ước về chiều dòng điện.............................................................................. 59
Hình 2.21 Quy ước về dấu uf ............................................................................................. 59
Hình 2.22 Đồ thị thời gian quá trình chuyển mạch giữa van 2 chiều S1 và S3 khi uf(t)>0. 60
Hình 2.23 Đồ thị thời gian quá trình chuyển mạch giữa van 2 chiều S1 và S3 khi uf(t)<0 60
Hình 2.24 Đồ thị trạng thái logic chuyển mạch, khi uf(t) > 0, ví dụ trạng thái 1 là 1100. . 60
Hình 2.25 Mô hình logic chuyển mạch dùng StateFlow .................................................... 61
Hình 2.26 Chỉnh lưu tích cực trên cơ sở bộ biến đổi DC-AC-AC ..................................... 62
Hình 2.27 Thực thi thuật toán điều chế trên phần mềm matlab Simulink ......................... 62
Hình 2.28 Kết quả mô phỏng bộ biến đổi DC-AC-AC ...................................................... 63
Hình 2.29 Khả năng xảy ra ngắn mạch trong sơ đồ back-to-back của nghịch lưu nối tầng
64
Hình 2.30 Nghịch lưu 7 bậc trên cơ sở bộ biến đổi DC-AC-AC nối tầng ......................... 65
Hình 2.31 Giản đồ xung điều khiển các van dạng dịch pha phía sơ cấp máy biến áp ....... 66
Hình 2.32 Điều chế PWM dịch pha cho nghịch lưu 3 DC-AC-AC nối tầng. ................... 66
Hình 2.33 Sơ đồ mô phỏng nghịch lưu 7 bậc trên cơ sở DC-AC-AC nối tầng.................. 66
Hình 2.34 Kết quả mô phỏng nghịch lưu đa bậc nối tầng DC-AC-AC ............................. 66
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý bộ nghịch lưu nối lưới [78] ................................................... 68
Hình 3.2 Sơ đồ thay thế mạch điện phía lưới với bộ biến đổi đa bậc .............................. 69
Hình 3.3 Mô hình bộ biến đổi phía lưới ........................................................................... 69
Hình 3.4 Biểu diễn vector dòng điện phía lưới ................................................................ 70

10


Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14

Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phía cổng 1 ..................................................... 71
Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống điều khiển ở cổng 2 ............................................ 71
Cấu trúc bộ điều khiển ở cổng 1,2 trên trục tọa độ dq ..................................... 73
Sơ đồ khối bộ điều khiển dòng trong hệ tọa độ dq ........................................... 73
Quy ước dạng dòng điện và điện áp phía một chiều trung gian ........................ 74
Sơ đồ khối vòng kín bộ điều khiển điện áp một chiều trung gian ..................... 75
Mạch vòng điều khiển công suất ở 2 cổng ........................................................ 75
Cấu trúc điều khiển PI ở cổng 1 ........................................................................ 76
Cấu trúc điều khiển PI ở cổng 2 ....................................................................... 76
Cấu trúc bộ điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng ............... 76

Hình 3.15 Cấu trúc bộ điều khiển cộng hưởng [43] ........................................................... 78
Hình 3.16 Biểu đồ Bode cho bộ điều khiển cộng hưởng ................................................... 79
Hình 3.17 Bộ điều chỉnh cộng hưởng bù hài bậc 1,3,5,7 ................................................... 79
Hình 3.18 Cấu trúc điều khiển PR cho một pha của bộ nghịch lưu đa bậc phía lưới. ..... 80
Hình 3.19 Sơ đồ khối bộ điều khiển PR (hình a) và cấu trúc bộ điều khiển trên hệ tọa độ

αβ (hình b) 81
Hình 3.20 Cấu trúc điều khiển cổng 2 với bộ điều khiển cộng hưởng cho mạch vòng dòng
điện 82
Hình 3.21 Cấu trúc hệ thống điều khiển ở cổng 2 .............................................................. 84
Hình 3.22 Cấu trúc hệ thống điều khiển ở cổng 2 .............................................................. 88
Hình 3.23 Cấu trúc điều khiển dòng điện thích nghi tựa thụ động ở cổng 2 .................... 88
Hình 3.24 Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển ................................................................ 89
Hình 3.25 Dạng điện áp một chiều của các tụ pha A,B,C và điện áp trung bình trên một
pha 91
Hình 3.26 Dạng điện áp ngay đầu vào bộ biến đổi phía cổng 1 và cổng 2 ........................ 91
Hình 3.27 Dạng dòng điện chạy qua cuộn cảm phía cổng 1 và cổng 2 ............................ 92
Hình 3.28 Công suất tác dụng trao đổi ở hai cổng ............................................................. 92
Hình 3.29 Công suất phản kháng trao đổi ở 2 cổng ........................................................... 93
Hình 3.30 Phân tích sóng hài của dòng điện qua cuộn cảm ở cổng 1 và cổng 2 ............... 93
Hình 3.31 Dạng điện áp một chiều của các tụ pha A,B,C và điện áp trung bình trên một
pha 94
Hình 3.32 Dạng điện áp ngay đầu vào bộ biến đổi phía cổng 1 và cổng 2 ........................ 94
Hình 3.33 Dạng dòng điện chạy qua cuộn cảm phía cổng 1 và cổng 2 ............................ 95
Hình 3.34 Công suất tác dụng trao đổi ở hai cổng ............................................................. 95
Hình 3.35 Công suất phản kháng trao đổi ở 2 cổng ........................................................... 96
Hình 3.36 Phân tích sóng hài của dòng điện qua cuộn cảm ỏ cổng 1 và 2 ........................ 96
Hình 3.37 Dạng điện áp một chiều của các tụ pha A,B,C và điện áp trung bình trên một
pha 97
Hình 3.38 Dạng điện áp ngay đầu vào bộ biến đổi phía cổng 1 và cổng 2 ........................ 97
11


Hình 3.39
Hình 3.40
Hình 3.41

Hình 3.42
Hình 3.43
Hình 3.44
Hình 3.45
Hình 3.46
pha 101
Hình 3.47

Dạng dòng điện chạy qua cuộn cảm phía cổng 1 và cổng 2 ............................ 98
Công suất tác dụng trao đổi ở hai cổng ............................................................. 98
Công suất phản kháng trao đổi ở 2 cổng ........................................................... 99
Phân tích sóng hài của dòng điện qua cuộn cảm ỏ cổng 1 và 2 ........................ 99
Dạng dòng điện chạy qua cuộn cảm phía cổng 1 và cổng 2 .......................... 100
Công suất tác dụng và công suất phản kháng trao đổi ở hai cổng .................. 100
Phân tích sóng hài dòng điện ở 2 cổng khi hệ thống đã ổn định .................... 100
Dạng điện áp một chiều của các tụ pha A,B,C và điện áp trung bình trên một

Hình 3.48
Hình 3.49
Hình 3.50
Hình 3.51
Hình 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4

Dạng điện áp đầu vào hai cổng bộ biến đổi .................................................... 102
Giá trị công suất tác dụng trao đổi ở cổng 1,2 ................................................ 102
Giá trị đặt và giá trị thực của công suất phản kháng ở cổng 1 và 2 ................ 102
Phân tích sóng hài dạng dòng điện ở cổng 2 khi t=0,14->0,144s ................... 103

Cấu trúc thực nghiệm chỉnh lưu tích cực một pha 7 bậc nối tầng ................... 106
Hình ảnh mạch lực bộ chỉnh lưu tích cực 7 bậc nối tầng cầu H. .................... 106
Mô hình thực nghiệm nghịch lưu đa bậc trong phòng thí nghiệm .................. 107
Điều chế kiểu dịch pha hai sóng điều chế cho sơ đồ 7 mức đã quy đổi về dạng

Dạng dòng điện chạy qua cuộn cảm ở cổng 1 và 2 ......................................... 101

01 107
Hình 4.5
Hình 4.6
Hình 4.7
Hình 4.8
Hình 4.9
Hình 4.10
Hình 4.11
Hình 4.12
Hình 4.13
Hình 4.14
Hình 4.15
Hình 4.16
Hình 4.17
Hình 4.18
Hình 4.19
Hình 4.20
Hình 4.21
Hình 4.22

Giao diện điều khiển và kết quả thực nghiệm, Udref = 50VDC. ...................... 108
Giao diện điều khiển và kết quả thực nghiệm, Udref = 100VDC. .................... 109
Giao diện điều khiển và kết quả thực nghiệm, Ud,ref = 150VDC. ................. 109

Điện áp đo trên mỗi cầu H đo bằng Osiloscope .............................................. 110
Điện áp ra mạch nghịch lưu Multilevel đo bằng Osiloscope .......................... 110
Cấu trúc mô hình hệ thống thực nghiệm DC-AC-AC .................................... 111
Sơ đồ thiết kế mạch nguyên lý mạch lực ........................................................ 112
sơ đồ mạch Driver phát xung vào van ............................................................. 112
Nguyên lí đo điện áp ....................................................................................... 112
Nguyên lí đo dòng điện dùng LEM ................................................................. 112
Mạch van tích hợp mạch Driver on Board ...................................................... 112
CPLD EPM3064 ALU44-10 ........................................................................... 113
Mạch đo lường ................................................................................................ 113
Mẫu xung điều khiển phía sơ cấp máy biến áp ............................................... 113
Mẫu xung điều chế theo phương pháp 2 sóng điều chế quy đổi về 0†1 ......... 114
Dạng sóng uf, Upwm+, uS1 .................................................................................. 115
Dạng sóng uf, upwm-, uS4 ................................................................................... 115
Điện áp đầu ra bộ biến đổi và điện áp trên tải khi Udc = 80V ........................ 115

Hình 4.23 Dạng dòng điện chạy qua cuộn cảm (đo trên máy hiện sóng) ........................ 115

12


Hình 4.24
6A 115
Hình 4.25
Hình 4.26
Hình 4.27
DSP 117
Hình 4.28
Hình 4.29
Hình 4.30

Hình 4.31

Dạng dòng chạy qua cuộn cảm đo trên máy tính, lượng đặt dòng thay đổi từ 4Cấu trúc thực nghiệm bộ nghịch lưu DC-AC-AC 7 bậc nối tầng ................... 116
Hình ảnh mạch lực của bộ DC-AC-AC 7 bậc nối tầng và kit FPGA .............. 117
Sơ đồ điều khiển một module DC-AC-AC trên Toolbox System Generation for
Thực thi thuật toán dịch pha ............................................................................ 118
Dạng xung trước và sau tầng driver ................................................................ 118
Thời gian deadtime (đo 2 xung vào van V1 và V2) ......................................... 118
Sự dịch pha các tín hiệu phần sơ cấp giữa 3 module ( Đo ở van V1 của mỗi

module) 119
Hình 4.32 Dạng điện áp ở phía sơ cấp máy biến áp tần số cao ........................................ 119
Hình 4.33 Dạng xung vào van S4b của 3 module ............................................................. 119
Hình 4.34 Điện áp đo được đầu ra của một module......................................................... 119
Hình 4.35 Điện áp đo đầu ra đo được của bộ biến đổi nối tầng DC-AC-AC 7 bậc ......... 119
Hình 4.36 Cấu trúc bộ AC-DC-AC-AC 1 pha 3 mức ...................................................... 120
Hình 4.37 Cấu trúc điều khiển hệ AC-DC-AC-AC một pha 3 mức ................................ 120
Hình 4.38 Hình ảnh thực nghiệm bộ AC-DC-AC-AC ..................................................... 121
Hình 4.39 Giá trị điện áp một chiều trung gian (B) và điện áp đo trên thứ cấp máy biến áp
(A) (Tỷ lệ đo 10:1) ............................................................................................................ 122
Hình 4.40 Đo dòng điện (1:1500) và điện áp phía chỉnh lưu AC-DC- Trường hợp truyền
công suất. 122
Hình 4.41 Đo dòng điện (1:1500) và điện áp phía chỉnh lưu AC-DC- trường hợp nhận
công suất 122
Hình 4.42 Dạng dòng điện chạy qua cuộn cảm ở cổng 2 (hình A) và dạng điện áp một
chiều (hình B) 122
Hình 4.43 Điện áp ra nghịch lưu DC-AC-AC (A) và điện áp thứ cấp máy biến áp tự
ngẫu(B). 122
Hình 4.44 Phân tích phổ dòng diện phía lưới................................................................... 122
Hình 4.45 Góc đồng bộ điện áp lưới trên Control desk ................................................... 123


13


MỞ ĐẦU

Các bộ biến đổi điện tử công suất đóng vai trò rất quan trọng trong việc điều khiển, ổn
định và kết nối các nguồn điện phân tán, đặc biệt khi các nguồn phát này nối với lưới điện
[19], [23], [80]. Sự xuất hiện các hệ phát điện phân tán từ các nguồn năng lượng tái tạo là
sự bổ sung cần thiết cho các nguồn thủy điện và nhiệt điện. Các nguồn năng lượng này tạo
ra từ các nguồn điện sơ cấp khác nhau, để có thể cung cấp cho phụ tải điện hoặc hòa với
lưới điện quốc gia nhằm hỗ trợ lưới quốc gia. Theo [79], mức độ tham gia của các nguồn
điện phân tán vào hệ thống cung cấp điện đang có sự gia tăng mạnh trên toàn thế giới.
Điều này có thể tác động tích cực đến mạng lưới cung cấp điện nhưng nếu không được
quản lý và điều phối hợp lý có thể gây tác động tiêu cực đến mạng lưới cung cấp điện. Lấy
năng lượng mặt trời làm ví dụ, đây là nguồn năng lượng được triển khai ở nhiều quốc gia,
xét về tác động tích cực, việc triển khai năng lượng mặt trời để cung cấp điện cho các tải
phân tán đã làm giảm dòng điện chạy qua lại trong mạng điện từ đó giảm tổn thất và sụt
điện áp. Tuy nhiên, tác động tiêu cực mà các nguồn năng lượng này có thể gây ra như gây
biến động điện áp, thay đổi hệ số công suất, biến động tần số, gây các sự cố về dòng điện,
tăng độ méo sóng hài dòng điện...
Khi có các nguồn điện tham gia vào hệ thống thì mức độ phức tạp của hệ thống năng
lượng ngày càng tăng lên đặt ra cần thiết có những bộ biến đổi điện tử công suất đáp ứng
được khả năng kết nối, trao đổi công suất và ổn định hệ thống năng lượng. Yêu cầu của bộ
biến đổi là phải điều khiển được dòng công suất giữa các thành phần của lưới để phát huy
hết công suất của các nguồn phát trong khi phải tránh được các xung động đột ngột do mất
tải hay do chính các nguồn phát biến động. Ngoài vấn đề về cấu trúc bộ biến đổi thì mạch
vòng dòng điện với khả năng điều chỉnh chính xác, ổn định bền vững là yếu tố tiên quyết
cho quá trình trao đổi năng lượng diễn ra theo như mong muốn.
Tuy nhiên, việc phát triển về mặt quy mô và sản lượng của nguồn điện phân tán tích

hợp vào lưới điện cũng đặt ra hai thách thức cơ bản. Thứ nhất, đó là sự tương quan, trao
đổi công suất giữa các nguồn điện được sản xuất từ các nguồn điện truyền thống với các
nguồn năng lượng phân tán. Thứ hai, đó là thách thức về việc ứng dụng điện tử công suất
mở rộng cả về mặt phạm vi và công suất trong việc truyền tải phân phối điện năng từ việc
tạo ra, truyền tải, phân phối và các ứng dụng của người dùng.
Công suất của các nguồn phát phân tán nối lưới ngày càng cao đặt ra yêu cầu cần có sự
thay đổi về cấu trúc bộ biến đổi để thay thế các bộ biến đổi hai mức truyền thống. Nghịch
lưu đa bậc chính là một giải pháp cho những ứng dụng đòi hỏi công suất lớn và điện áp cao
[50]. Trong các ứng dụng sử dụng nghịch lưu đa bậc, điện áp của ngõ ra được tăng lên, tổn
hao chuyển mạch của linh kiện điện tử công suất giảm. Nghịch lưu đa bậc phân nhỏ các
bước nhảy điện áp ra phía xoay chiều, nhờ đó giảm được tốc độ tăng điện áp du/dt trên tải,
các van bán dẫn chỉ phải đóng cắt ở mức điện áp và tần số thấp trong khi vẫn đảm bảo tần
số và điện áp ra của quá trình điều chế cao. Như vậy nghịch lưu đa bậc giảm đáng kể tổn
thất trong quá trình đóng cắt van, đảm bảo tốt chất lượng thành phần sóng hài của điện áp
ra, đó là những yếu tố rất quan trọng ở dải công suất lớn. Trong các bộ biến đổi đa bậc thì
bộ nghịch lưu đa bậc nối tầng cầu H có những ưu thế hơn so với những loại khác như: cấu
tạo đơn giản, ít thành phần linh kiện, cấu trúc dạng module, dễ nâng cấp mở rộng hệ
thống...
Việc sử dụng các bộ biến đổi đa bậc nối tầng trong các nguồn điện phân tán có nối lưới
là chủ đề đã và đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước,
14


điển hình là các nghiên cứu công bố trong các tài liệu [34], [70], [80], [81], [82], [83] đã
đưa ra bộ biến đổi UNIFLEX-PM (Universal Flexible Power Management system) với hai
cấu hình cơ bản là cấu trúc AC-DC- DC-AC và AC-DC-AC-AC. Các bộ biến đổi này đều
có khả năng trao đổi công suất hai chiều, đảm bảo khả năng cách ly và đảm bảo độ tin cậy
cao và có cấu trúc module do đó dễ dàng bảo trì, mở rộng hệ thống. Tuy nhiên, cả hai bộ
biến đổi mà các nhóm tác giả đã đề xuất đều có những hạn chế. Đối với bộ biến đổi ACDC-DC-AC cần thiết rất nhiều tụ một chiều trung gian điều này dẫn đến việc cân bằng
điện áp một chiều trung gian phức tạp hơn. Đối với bộ biến đổi AC-DC-AC-AC, khâu ACAC lại điều chế theo kiểu Cyclo converter để chuyển mạch tự nhiên điều này sẽ dẫn đến

hai nhược điểm: nhược điểm thứ nhất là quá trình điều chế độ rộng xung diễn ra ở phần sơ
cấp máy biến áp tần số cao dẫn đến trong chế độ quá độ, dòng từ hóa không được cân
bằng; nhược điểm thứ 2 là quá trình chuyển mạch phía AC-AC cần thiết phải biết dấu của
điện áp và dòng điện đầu ra tần số thấp, điều này rất khó thực hiện được ở vùng tín hiệu
nhỏ gần không, có đập mạch. Do đó, luận án tiếp tục nghiên cứu những vấn đề về điều
khiển điều chế, chuyển mạch cho bộ biến đổi đa bậc AC-DC-AC-AC nhằm đáp ứng nhiệm
vụ kết nối các nguồn điện phân tán với lưới. Với cấu hình mạch lực như vậy, nhiệm vụ tiếp
theo đặt ra là điều khiển các mạch vòng. Mạch vòng trong là mạch vòng dòng điện, mạch
vòng ngoài là mạch vòng công nghệ như mạch vòng điện áp một chiều trung gian, mạch
vòng công suất. Mạch vòng công nghệ bên ngoài thường yêu cầu thời gian tác động chậm
hơn mạch vòng dòng điện bên trong, ta hoàn toàn có thể dùng các phương pháp điều khiển
cơ bản, chẳng hạn PI, để điều khiển mà vẫn đảm bảo chất lượng. Mạch vòng dòng điện
đóng vai trò 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 thông qua các khâu như hạn chế dòng điện.
Đảm bảo chất lượng mạch vòng dòng điện 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 vòng công suất bên
ngoài, trong một số trường hợp, mạch vòng dòng điện có chức năng thay thế luôn cả chức
năng điều khiển công suất. Do đó, một nhiệm vụ nghiên cứu quan trọng là phải kiểm
chứng khả năng làm việc của bộ biến đổi khi sử dụng một số luật điều khiển dòng điện
khác nhau.
Đối tượng nghiên cứu:
Bộ biến đổi đa bậc nối tầng AC-DC-AC-AC có khâu cách ly tần số cao gồm 2 cổng,
cổng 1 là xây dựng trên cơ sở nghịch lưu đa bậc cầu H nối tầng; cổng 2 xây dựng trên cơ
sở bộ nghịch lưu đa bậc DC-AC-AC nối tầng.
Mục đích nghiên cứu:
Đề xuất thuật toán mới nhằm cân bằng điện áp trên các tụ điện một chiều trung
gian, đề xuất thuật toán điều chế và chuyển mạch cho bộ biến đổi DC-AC-AC
với khâu trung gian tần số cao và khâu AC-AC điều khiển chuyển mạch kiểu
biến tần ma trận.
Nghiên cứu khả năng áp dụng một số phương pháp điều khiển như điều khiển PI,

cộng hưởng, tựa thụ động và tựa thụ động có khâu thích nghi tham số để kiểm
chứng khả năng làm việc 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.
Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu trên lý thuyết các phương pháp điều khiển, điều chế và thuật toán
chuyển mạch đảm bảo các yêu cầu đã đặt ra cho bộ biến đổi.
15


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.
Phạm vi nghiên cứu:
Luận án giải quyết vấn đề trao đổi công suất giữa hai nguồn điện xoay chiều với
giả thiết hai nguồn đó không có những trạng thái không bình thường. Do đó,
luận án không xử lý những vấn đề khi trên lưới điện xuất hiện các trạng thái
không bình thường.
Các nguồn phát điện phân tán có thể làm việc ở chế độ nối lưới hoặc ốc đảo. Để
các nguồn điện phân tán có thể nối lưới được thì chúng phải thỏa mãn những yêu
cầu kỹ thuật nhất định. Những vấn đề về yêu cầu kỹ thuật để đảm bảo nguồn
phát phân tán nối lưới cũng như chế độ làm việc ốc đảo của nguồn phát phân tán
không phải phạm vi nghiên cứu của luận án.
Vấn đề chế tạo máy biến áp tần số cao HF là một nội dung quan trọng đối với bộ
biến đổi, tuy nhiên trong luận án cũng chưa đề cập về vấn đề này.
Bài toán điều khiển đặt ra trong luận án là Điều khiển trao công suất tác dụng và
thu phát công suất phản kháng. Luận án không giải quyết bài toán điều khiển hệ
số cosφ ở hai cổng.
Luận án triển khai mô phỏng ở cấp trung áp 3,3 kV và thực nghiệm ở cấp điện áp

220V. Tuy nhiên, những bộ biến đổi đa bậc có ưu điểm lớn khi ứng dụng cho
những nguồn phát phân tán có công suất lớn và điện áp cao. Việc chọn mức điện
áp phù hợp không phải phạm vi nghiên cứu của luận án.
Ý nghĩa của đề tài:
Nghiên cứu những bộ biến đổi có khả năng kết nối linh hoạt các nguồn điện phân tán có
bản chất khác nhau, đảm bảo cách ly, đảm bảo khả năng trao đổi công suất tác dụng và thu
phát công suất phản kháng độc lập, đảm bảo độ tin cậy và khả năng dễ dàng mở rộng hệ
thống là một nhu cầu bức thiết hiện nay. Đề tài nghiên cứu bộ biến đổi đa bậc nối tầng có
cấu trúc AC-DC-AC-AC, có khâu cách ly tần số cao đáp ứng đòi hỏi yêu cầu của thực tiễn.
Một loạt các vấn đề về điều chế, điều khiển chuyển mạch, các mạch vòng điều khiển dòng
điện, điện áp và công suất đã được đề tài đưa ra phương án giải quyết mang đến những
đóng góp khoa học thực sự cho nghiên cứu này.
Những đóng góp mới về mặt khoa học của luận án:
Đề xuất thuật toán mới đảm bảo cân bằng điện áp trên các tụ một chiều trung
gian.
Đề xuất phương pháp điều chế cho bộ DC-AC-AC với thuật toán chuyển mạch
khâu AC-AC theo kiểu biến tần ma trận.
Thiết kế thành công cấu trúc điều khiển trao đổi công suất hai chiều bằng các
phương pháp điều khiển PI, PR, tựa thụ động và tựa thụ động có khâu thích nghi
tham số.
Bố cục luận án gồm 4 chương như sau:

16


Chương 1. Tổng quan: Nghiên cứu vai trò của bộ biến đổi đa bậc đối với việc nối lưới
các nguồn phát phân tán. Tác giả nghiên cứu và phân tích tình hình ứng dụng bộ biến đổi
đa bậc trong việc nối lưới các nguồn phát phân tán về các phương diện: cấu trúc bộ biến
đổi; phương pháp điều chế; phương pháp điều khiển. Qua những tổng hợp trên một số
công trình nghiên cứu trước đây về bộ biến đổi đa bậc, tác giả chỉ ra những vấn đề cần tập

trung nghiên cứu và giải quyết.
Chương 2 Bộ biến đổi hai cổng AC-DC-AC-AC có khâu trung gian tần số cao: Phân
tích cấu trúc mạch lực của bộ biến đổi mà luận án nghiên cứu; đề xuất thuật toán mới đảm
bảo cân bằng điện áp trên các tụ một chiều trung gian; đề xuất phương pháp điều chế và
thuật toán chuyển mạch cho bộ DC-AC-AC; trình bày phương pháp điều chế cho bộ biến
đổi đa bậc kiểu dịch pha ở cổng 1 và cổng 2
Chương 3. Thiết kế hệ thống điều khiển cho bộ biến đổi: trọng tâm của chương này là
xây dựng hệ điều khiển cho bộ biến đổi đã đề cập ở chương 2. Các vòng điều khiển dòng
điện, điện áp một chiều trung gian và điều khiển công suất P, Q đều được đưa ra phân tích
và thiết kế. Vòng điều khiển dòng điện được quan tâm đặc biệt và thiết kế với thuật toán là
thuật toán PI, cộng hưởng, tựa thụ động và tựa thụ động có khâu thích nghi tham số.
Chương 4. Thiết kế hệ thống thực nghiệm. Luận án trình bày các cấu trúc và kết quả
thực nghiệm nhằm: kiểm nghiệm thuật toán cân bằng điện áp trên tụ một chiều trung gian
trong bộ biến đổi đa bậc nối tầng cầu chữ H; kiểm nghiệm thuật toán chuyển mạch 4 bước
theo điện áp kết hợp điều chế phía sơ cấp máy biến áp tần số cao cho bộ biến đổi DC-ACAC, khâu AC-AC điều chế theo kiểu biến tần ma trận; kiểm nghiệm khả năng nối tầng của
bộ biến đổi DC-AC-AC thông qua mô hình nghịch lưu nối tầng 7 bậc; kiểm nghiệm khả
năng trao đổi công suất hai chiều của bộ biến đổi AC-DC-AC-AC một pha 3 bậc.
Cuối cùng là mục Kết luận và kiến nghị, chỉ ra những đóng góp chính của luận án và
hướng phát triển tiếp của đề tài.

17


1. TỔNG QUAN

1.1 Vai trò của những bộ biến đổi đa bậc trong việc kết nối nguồn
phát phân tán với lưới điện
Equation Section 1
Với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ bán dẫn và kỹ thuật điều khiển, các ứng dụng
điện tử công suất trong lĩnh vực truyền tải và biến đổi điện năng được phát triển mạnh mẽ

trong suốt hơn hai thập kỷ vừa qua [24]. Về mặt nguyên lý chung, cấu trúc hệ thống nguồn
phân tán nối lưới cho như Hình 1.1. Các nguồn điện phân tán có bản chất và nguồn gốc
khác nhau được biến đổi thành nguồn điện có điện áp và tần số phù hợp cung cấp cho tải
cục bộ và lưới điện. Quá trình này được thực hiện thông qua các module điện tử công suất
và các khâu lọc. Trong hệ thống cũng có kho lưu trữ điện, hệ thống cần phải đảm bảo khả
năng trao đổi công suất hai chiều giữa lưới và kho điện [106].
Distributed Energy
Resources
PV, Wind,
Microturbine, Fuel
Cells, IC Engine
Battery, Flywheel
Energy Storage

Power electronic and Control

AC-DC or
DC-DC
Converter
Module

DC-AC
Converter
Module

Area EPS
(Utility)
Output
Interface
Module


PCC

Local
Loads

Monitoring and Control
Module

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điện tử công suất ứng dụng trong nguồn phân tán [107]

Nhìn vào sơ đồ cấu trúc Hình 1.1 dễ dàng nhận thấy, các bộ biến đổi điện tử công suất
đóng vai trò cực kỳ quan trọng, chúng thực hiện các nhiệm vụ biến đổi AC-DC, DC-DC,
DC-AC và đảm bảo hiệu suất cao và khả năng làm việc tin cậy của hệ thống. Bộ biến đổi
điện tử công suất cũng phải quản lý được các chế độ hoạt động của nguồn phân tán (chế độ
nối lưới và chế độ độc lập); quản lý năng lượng mà cụ thể là các quá trình thu phát công
suất; đảm bảo khả năng tích hợp nhiều nguồn điện phân tán vào lưới. Các bộ biến đổi điện
tử công suất cũng chính là khâu then chốt để các nguồn điện phân tán có thể tích hợp vào
lưới quốc gia cũng như nó có thể đảm nhiệm các chức năng đặc biệt khác chẳng hạn như
chức năng như bộ Statcom, chức năng bù công suất phản kháng, phục hồi điện áp động
(DVR)… Với xu hướng phát triển mạnh mẽ của các phương pháp điểu khiển hiện đại, các
bộ biến đổi điện tử công suất ngày nay có thể đảm bảo được các yêu cầu về phân phối
truyền tải điện từ nguồn điện đến các hộ tiêu thụ điện [39].

18


Trong các tài liệu [19], [21], [80], [107] đã trình bày một số cấu hình của bộ biến đổi
điện tử công suất ứng dụng trong các nguồn điện phân tán có nối lưới. Các cấu trúc này có
đặc điểm là sử dụng các bộ nghịch lưu nguồn áp 1 pha, 3 pha thông thường hoặc nghịch

lưu nguồn Z. Khi các bộ biến đổi này ứng dụng cho những hệ thống có điện áp lớn và công
suất cao hơn thì sẽ đòi hỏi cần có những linh kiện điện tử công suất với khả năng: chịu
điện áp lớn, yêu cầu du/dt cao, điện áp Common mode lớn và có khả năng đóng cắt với tần
số cao [26]. Theo [99], mỗi IGBT chỉ có thể chịu được điện áp tối đa khoảng 6,5 kV. Như
vậy, để có thể dùng bộ biến đổi nghịch lưu hai mức cho những ứng dụng điện áp cao thì có
thể mắc nối tiếp các van IGBT như Hình 1.2. Tuy nhiên, vấn đề thách thức đối với giải
pháp này là làm sao điều khiển đồng thời các van. Nếu không, để xảy ra trường hợp như
Hình 1.3b sẽ làm phá huỷ van T4.
V1

V3

V5

T1

T2

VDC

V4

V6

V2

T3
+
VDC
-


T4
T5

Hình 1.2 Cấu hình nghịch lưu thông thường trong
các ứng dụng công suất lớn [99]

(a)

(b)

Hình 1.3 Vấn đề khi mắc nối tiếp
các van

Như vậy các cấu trúc dựa trên cơ sở cấu trúc các bộ biến đổi hai mức chỉ phù hợp với
các ứng dụng công suất nhỏ. Mặt khác công suất của các nguồn điện phân tán tích hợp
trong lưới điện ngày càng lớn và sẽ tiếp tục tăng cao trong vài thập kỷ tới [39]. Khi công
suất phát của các nguồn điện sức gió hay điện mặt trời lớn cỡ khoảng 10MW và điện áp
cao thì những cấu trúc kiểu nghịch lưu nguồn áp hai mức không còn phù hợp. Cấu trúc các
bộ biến đổi đa bậc đã được phát triển để có thể sử dụng các thiết bị đóng cắt bán dẫn với
điện áp tương đối thấp, có sẵn trên thị trường cho các ứng dụng yêu cầu điện áp cao, công
suất lớn [59]. Hơn nữa, so với các bộ biến đổi 2 mức truyền thống thì bộ biến đổi đa bậc có
lợi hơn về chất lượng sóng hài dẫn đến việc thiết kế bộ lọc đầu ra của bộ biến đổi không
phức tạp như bộ biến đổi 2 mức [59]. Với những lý do trên, bộ biến đổi đa bậc được coi
như một giải pháp hiệu quả cho các ứng dụng công suất lớn và điện áp cao.
Ngoài ưu thế về điện áp, bộ biến đổi đa bậc có thể tạo ra điện áp dạng sin từ các bước
điện áp nhỏ hơn từ các nguồn DC cách ly hoặc từ các cấp điện áp dùng bộ phân áp bằng
một loạt các tụ. Nghịch lưu đa bậc phân nhỏ các bước nhảy điện áp ra phía xoay chiều, nhờ
đó giảm được tốc độ tăng điện áp du/dt trên tải, các van bán dẫn chỉ phải đóng cắt ở mức
điện áp thấp, tần số đóng cắt của các van mạch lực thấp trong khi vẫn đảm bảo tần số điện

áp ra của quá trình điều chế cao. Như vậy nghịch lưu đa bậc giảm đáng kể tổn thất trong
quá trình đóng cắt van, đảm bảo tốt chất lượng thành phần sóng hài của điện áp ra, đó là
những yếu tố rất quan trọng ở dải công suất lớn [71].
Nghịch lưu đa bậc có ba cấu trúc cơ bản: 1. Nghịch lưu dùng điôt kẹp các mức điện áp;
2. Nghịch lưu dùng hệ thống tụ kẹp (tụ bay); 3. Nghịch lưu nối tầng. Trong nghịch lưu
dùng điôt kẹp nguồn một chiều DC được tạo ra nhiều mức nhờ hệ thống tụ phân áp, các
điôt có tác dụng găm các mức điện áp trên sơ đồ van vào các mức điện áp này. Sơ đồ có
thể chỉ cần một nguồn DC duy nhất, tuy nhiên nhược điểm là cần tới nhiều điôt trong mạch
19


chốt và vấn đề cân bằng các mức điện áp DC tương đối phức tạp. Trong nghịch lưu dùng
hệ thống tụ kẹp thì mỗi mức điện áp một chiều do một nguồn DC đảm nhiệm và có tụ DC
riêng của mình, do đó sơ đồ không cần đến các điôt kẹp, không có vấn đề về cân bằng điện
áp DC, tuy vậy lại cần có nhiều nguồn DC cách ly.
Nghịch lưu nối tầng có thể có nhiều dạng nhưng phổ biến nhất là dạng gồm nhiều cầu
chữ H nối tiếp với nhau ở phía xoay chiều, có ưu điểm lớn nhất là tính mô-đun hoá cao.
Như đã chỉ ra trong [46], [51] lợi thế của các nghịch lưu đa bậc dùng các khâu biến đổi nối
tầng bao gồm: (1) các van bán dẫn chỉ phải đóng cắt ở tần số cơ bản (hoặc gần tần số này),
do đó giảm đáng kể tổn hao do quá trình đóng cắt, (2) không cần dùng máy biến áp ở tần
số lưới cung cấp các mức điện áp cần thiết, (3) kết cấu kiểu mô-đun hoá nên cấu trúc mạch
lực đơn giản hơn, số lượng thiết bị ít hơn và (4) vì không có biến áp hệ thống có thể đáp
ứng nhanh hơn nhiều. Những cấu trúc cơ bản đó sẽ được phân tích ở mục 1.2 dưới đây.
Trong các bộ biến đổi PWM nối lưới thông thường, để giảm thiểu ảnh hưởng của tần số
đóng cắt cao fpwm do quá trình điều chế thì việc thiết kế cuộn cảm đầu vào và mạch lọc LC
cần thiết là khá phức tạp. Mặt khác, quá trình điều khiển khi đầu vào phía xoay chiều là
mạch LCL cũng là một bài toán nan giải. Điều này dẫn đến mối quan tâm lớn đến bộ biến
đổi đa bậc trong các hệ thống thiết bị tham gia vào quá trình điều khiển và đảm bảo chất
lượng điện năng trong hệ thống điện nói chung và trong lưới tích hợp nguồn phân tán nói
riêng, tiêu biểu như các hệ thống bù tĩnh (SVC, STATCOM), các hệ thống điều khiển dòng

năng lượng (UPFC), phục hồi điện áp động hay các bộ lọc tích cực. Tương tự như vậy các
ứng dụng trong các hệ truyền động công suất lớn, điện áp cao biến đổi đa bậc cũng đem lại
những hiệu quả đáng kể.
Bộ biến đổi đa bậc có thể là khâu biến đổi năng lượng điện lý tưởng cho kết nối các
nguồn năng lượng tái tạo với lưới điện, bao gồm hầu hết các nguồn phân tán như pin mặt
trời, pin nhiên liệu, điện sức gió [51]. Bộ biến đổi điện tử công suất nói chung và bộ biến
đổi đa bậc nói riêng khi được ứng dụng vào các nguồn điện phân tán có nối lưới phải đảm
bảo các yêu cầu đó là: Kiểm soát biến động điện áp; điều khiển hệ số công suất; kiểm soát
được biến động tần số; giảm sóng hài; đảm bảo khả năng cách ly; có thể truyền công suất
tác dụng hai chiều và thu phát công suất phản kháng; đảm bảo về độ tin cậy và linh hoạt
khi vận hành; bền vững với những biến động ngắn hạn (lồi lõm điện áp), mất cân bằng
pha… [100]. Để đảm bảo được các yêu cầu trên, việc khảo sát cấu hình các bộ biến đổi đa
bậc nguồn áp để lựa chọn phương án mạch lực cho hợp lý, nghiên cứu chọn lựa hoặc đề
xuất các thuật toán điều chế chuyển mạch phù hợp với cấu hình mạch lực là những công
việc phải thực hiện trước. Sau đó, cần thiết phải nghiên cứu áp dụng các phương pháp điều
khiển phù hợp với yêu cầu đặt ra cho hệ thống.

1.2 Các bộ biến đổi đa bậc nguồn áp

1.2.1 Nghịch lưu dùng điôt kẹp các mức điện áp
Năm 1981 Nabae, Takahashi và Akagi đã đề xuất cấu trúc Neutral – point converter là
bộ biến đổi 3 bậc sử dụng diot kẹp [27]. Hình 1.4 thể hiện cấu trúc bộ nghịch lưu ba bậc và
năm bậc với diot kẹp (theo [53]). Đối với mạch nghịch lưu 3 bậc, điện áp một chiều được
chia thành 3 mức bởi hai tụ C1, C2 điểm giữa của hai tụ là điểm nối chung N. Điện áp đầu
ra UaN có 3 trạng thái là Udc/2, 0 và –Udc/2. Để tạo ra mức điện áp, trạng thái các van tương
ứng chỉ ra như Bảng 1.1 dưới đây.

20



Bảng 1.1 Trạng thái van tương ứng các mức điện áp trong bộ nghịch lưu 3 bậc diot kẹp

STT
UaN
Trạng thái van
1
Udc/2
S1= S2 =1
2
0
S1‟= S2 =1
3
-Udc/2
S1‟= S2‟=1
Trong sơ đồ Hình 1.4a dưới đây, thành phần quan trọng trong sơ đồ là hai diot D1 và
D1‟. Hai diot này đóng vai trò chốt điện áp và chia điện áp DC thành hai mức. Khi cả hai
van S1 và S2 được mở thì điện áp Ua0 = Udc. Trong trường hợp đó thì D1‟ đóng vai trò cân
bằng điện áp rơi trên hai khoá là S1‟ và S2‟, trong đó S1‟ chịu điện áp trên tụ C1 và S2‟ chịu
điện áp trên tụ C2. Điện áp UaN là điện áp xoay chiều còn điện áp Ua0 là điện áp một chiều
chính là điện áp trên tụ C1. Mức chênh lệch điện áp giữa UaN và Ua0 chính là điện áp trên tụ
C2 và bằng Udc/2. Nếu coi Ua0 là điện áp đầu ra thì sơ đồ mạch trở thành bộ biến đổi
DC/DC với ba mức điện áp là Udc, Udc/2, 0. Hình 1.4b minh hoạ bộ biến đổi 5 mức bao
gồm 4 tụ điện mắc nối tiếp C1, C2, C3 và C4.
S1

U DC
2

C1


U DC
4

C2

UDC

UDC

S3

D2
D3

D1

S2

D‟1 S’1
C2

S4
S’1

C1
N

U
 DC
2


D‟1

S2

N

S1

U DC
2

D1

a

S’2



U DC
4

C3

U DC
2

C4




0

D‟2

a

S’2
D‟3

S’3
S’4
0

(a)

(b)

Hình 1.4 Cấu trúc nghịch lưu đa bậc dùng diot kẹp 3 mức (a) và 5 mức(b) [53]

Phương pháp điều chế được biểu diễn như Bảng 1.2.
Bảng 1.2 Trạng thái van tương ứng các mức điện áp trong bộ nghịch lưu 5 bậc diot kẹp

STT
1
2
3
4
5


Trạng thái van
S1= S2= S3= S4=1
S1‟= S2= S3= S4= 1
S1‟= S2‟= S3= S4=1
S1‟= S2‟= S3‟= S4=1
S1‟= S2‟= S3‟= S4‟=1

UaN
Udc/2
Udc/4
0
-Udc/4
-Udc/2

Có thể tóm lược một số ưu nhược điểm của cấu hình này như sau [71], [76]:
Ưu điểm:
Cần thiết số lượng nhỏ các tụ, tất cả các pha sử dụng chung một nguồn DC. Vì lý
do đó, cấu trúc này thường được sử dụng như bộ biến đổi back-to-back
Khi số bậc đủ lớn sẽ không cần thiết kế khâu lọc và chất lượng sóng hài vẫn đảm
bảo
Tất cả các van đều đóng cắt ở tần số cơ bản do đó hiệu suất bộ biến đổi cao
21


Có thể điều khiển được chiều dòng công suất phản kháng.
Nhược điểm:
Điều khiển luồng công suất tác dụng khó khăn vì đòi hỏi cần phải theo dõi và
điều khiển chính xác mức điện áp một chiều trên tụ, điều này dẫn đến các tụ một
chiều hay vượt quá ngưỡng nạp hay ngưỡng xả.

Khi cấu trúc có bậc n lớn hơn 3 thì điện áp mà diode kẹp phải chịu đựng là
Udc(n-2)/(n-1) cao. Do đó sẽ phức tạp trong thiết kế như phải kết nối nối tiếp các
diode. Vấn đề không cân bằng điện áp các tụ điện ở biến đổi đa bậc dạng này có
thể gây ra quá áp trên một hay nhiều linh kiện đóng cắt. Mặt khác, số lượng diot
cần thiết lớn dẫn đến hệ thống trở lên đồ sộ, kềnh càng.
Nhìn chung, cấu trúc hệ thống sử dụng diot kẹp là giải pháp tốt cho các ứng dụng công
suất lớn và đòi hỏi giảm thiểu số lượng tụ điện. Tuy nhiên, khi số lượng mức điện áp tăng
lên sẽ làm cho số lượng diot cần thiết tăng do đó làm cho hệ thống phức tạp hơn.
1.2.2 Nghịch lưu đa bậc dạng tụ bay (flying capacitor - Clamped)
Cấu trúc nghịch lưu dạng tụ bay (flying capacitor-FC) hay còn gọi là tụ kẹp được đề
xuất năm 1992 bởi Meynard và Foch [101]. Cấu trúc nghịch lưu dạng tụ bay hay còn gọi là
tụ kẹp tương tự như cấu trúc nghịch lưu điôt kẹp chỉ khác không có điôt kẹp mà thay bằng
tụ điện. Ở đây ta khảo sát cấu trúc bộ nghịch lưu dạng flying capacitor 3 mức (3L-FLC
inverter) gồm có các khoá chuyển mạch. Hình 1.5a mô tả cấu trúc bộ nghịch lưu 3 bậc điện
áp bằng cách điều khiển các van như Bảng 1.3.
Bảng 1.3 Trạng thái van ứng các mức điện áp trong bộ nghịch lưu 3 bậc loại tụ kẹp

Mức
1
2

Trạng thái van
Ghi chú
S1= S2 =1
(S1‟= S1=1)
C được nạp
(S2= S2‟= 1)
C được xả
3
- Udc/2

S1‟= S2‟ =1
Việc tạo ra các mức điện áp trong sơ đồ như Hình 1.5b phức tạp hơn so với sơ đồ diot
kẹp, việc tạo ra các mức điện áp khác nhau được chỉ ra như Bảng 1.4.
Tương tự như đã nói ở phần trên, các tụ sẽ được xả hoặc nạp tuỳ theo dấu của điện áp
đặt nên nó. Trong sơ đồ mạch kiểu này cần số lượng lớn các tụ nhằm chốt mức điện áp, số
lượng mức điện áp càng cao thì càng cần nhiều tụ. Cụ thể nếu bộ biến đổi của ta gồm m
mức thì cần (m-1) x (m-2) /2 tụ chốt trong một pha.
Có thể tóm lược một số ưu nhược điểm của cấu hình này như sau [71], [76]:
Ưu điểm:
Uan
Udc/2
0

 Có khả năng trao đổi cả công suất phản kháng và công suất tác dụng theo hai
chiều
Khi số bậc càng cao thì không cần bộ lọc, có thể sử dụng trạng thái dư thừa năng
lượng để cân bằng các mức điện áp trên tụ, số lượng tụ điện lớn do đó có thể làm
bộ nghịch lưu bám được dạng điện áp trong thời gian ngắn.
Nhược điểm:
Việc điều khiển để bám theo giá trị của các mức điện áp là khá phức tạp

22


Số lượng tụ điện lớn sẽ làm cho hệ thống trở lên cồng kềnh và giá thành hệ thống
tăng cao; khi số mức điện áp càng lớn thì sẽ làm cho độ phức tạp của hệ thống
tăng lên.
S1
U DC
2


S2
C2

U DC
4

UDC
U DC
2

C1

C3

C
S’1

C2


U DC
2

S4
S’1

a

C3


S2
N

C1
C2

C1

UDC

S3
C2

N

S1

C3

a

S’2

U
 DC
4




0

U DC
2

(a)

S’2

C3

S’3
C4

S’4
0
(b)

Hình 1.5 Cấu trúc nghịch lưu đa bậc kiểu tụ bay (a) 3 mức (b) 5 mức [53]
Bảng 1.4 Trạng thái van ứng các mức điện áp trong bộ nghịch lưu 5 bậc kiểu tụ bay

STT
1
2

Uan
Udc/2
Udc/4

3


0

4

-Udc/4

5

-Udc/2

Trạng thái van
S1= S2= S3= S4=1
S1‟= S2= S3= S4= 1
S4‟ = S2= S3= S4=1
S3‟= S1= S3= S4=1
S1‟= S2‟= S1= S2=1
S3= S4= S3‟= S4‟=1
S1= S3= S1‟= S3‟=1
S2= S4= S2‟= S4‟=1
S2= S3= S1‟= S4‟=1
S1‟= S1= S2‟= S3‟= 1
S4‟ = S4= S3‟= S4‟=1
S3‟= S3= S4= S4‟=1
S1‟= S2‟ = S3‟= S4‟=1

1.2.3 Cấu trúc nghịch lưu đa bậc nối tầng cầu chữ H
Trong các cấu trúc nghịch lưu đa bậc nguồn áp thì cấu trúc đa bậc trên cơ sở nghịch lưu
cầu H một pha nối tầng là đơn giản nhất. Mỗi cầu chính là một bộ biến đổi 3 mức truyền
thống, có thể tạo các mức điện áp là +E, 0, -E. Nếu ta có M số cầu sẽ tạo ra 2M+1 mức


23


điện áp. Để tạo ra bộ biến đổi ba pha ta chỉ cần đấu 3 bộ biến đổi một pha theo hình sao
hoặc hình tam giác.
A
S11

S31

E

A
E

vH 1

E

vH 2

E

vH 3

E

vH 4


vH 1
S 41

S 21
H1

S12

S 32

vH 2

E

S 42

S 22
H2

S13

S 33

vH 3

E

S 43

S 23

H3

N
N
(b) Nine-level inverter

(a) Seven-level inverter

Hình 1.6 Nghịch lưu đa bậc nối tầng 7 bậc (a) và 9 bậc (hình b) [28]

Đối với cấu trúc kiểu này ta có thể tóm tắt ưu nhược điểm như sau [76]:
Về ưu điểm:
Số lượng mức điện áp đầu ra lớn hơn hai lần số nguồn điện một chiều (N = 2M+1);
Cấu trúc mạch gồm các cầu H mắc nối tiếp do đó cấu trúc mạch lực đơn giản, tính module
hoá cao, dễ mở rộng hệ thống.
Nhược điểm:
Mỗi cầu H cần có một nguồn DC riêng cách ly (nếu không hiện tượng ngắn mạch sẽ
xảy ra) và các nguồn DC này vẫn có thể có sự sai lệch điện áp.
Một dạng khác của nghịch lưu đa bậc nối tầng
Một kiểu khác của nghịch lưu đa bậc nối tầng sử dụng bộ nghịch lưu ba pha hai mức
được cho như Hình 1.7 [37]. Nguyên lý của bộ biến đổi này là sử dụng máy biến áp ba pha
để tạo các mức điện áp khác nhau cấp vào đầu vào mạch chỉnh lưu. Đặc biệt, ở đầu ra của
bộ nghịch lưu, người ta sử dụng các máy biến áp để cộng thêm các mức điện áp khác nhau,
bộ biến đổi của ba pha được đồng bộ lệch pha nhau 1200 giữa các pha. Ví dụ, để có ba mức
điện áp pha giữa pha a và pha b, các bộ biến đổi có thể tạo ra điện áp bằng cách: uab= ua1-b1
+ ub1-a2 + ua1-b2.
Ba bộ biến đổi có công suất giống nhau nên việc điều khiển trở lên dễ hơn. Tuy nhiên,
cấu hình này có nhược điểm là các bộ biến đổi cần các nguồn DC cách ly, có thêm máy
biến áp để tăng áp đầu ra dẫn đến cấu trúc hệ thống phức tạp cũng như giá thành hệ thống
tăng lên.

24


a1
b1

I n v e r te r 1

c1

a2
b2

I n v e r te r 2

M

c2

a3
b3

I n v e r te r 3

c3

Hình 1.7 Nghịch lưu đa bậc 3 pha 2 mức nối tầng [37]

Trong nghịch lưu đa bậc thì sơ đồ dùng cầu chữ H nối tầng được sử dụng rộng rãi [46],
[47] vì mạch lực đơn giản, có tính mô đun hoá cao. Khi ứng dụng trong chỉnh lưu tích cực

sơ đồ sẽ bao gồm các nghịch lưu cầu chữ H một pha với nguồn DC cách ly riêng biệt ở
phía một chiều, còn phía xoay chiều thì nối tiếp nhau.
1.2.4 Nghịch lưu đa bậc tổng quát
Cấu trúc nghịch lưu tổng quát (Generalized Multilevel Cells) đã được giới thiệu trong
tài liệu [40] và có sơ đồ như Hình 1.8. Các cấu trúc trước đây như cấu trúc có diot kẹp, cấu
trúc có tụ kẹp đều có thể nhận được từ mạch nghịch lưu đa bậc tổng quát. Ngoài ra, nghịch
lưu đa bậc tổng quát có thể cân bằng mỗi mức điện áp mà không quan tâm đến đặc tính tải.
Vì vậy, nghịch lưu đa bậc tổng quát là bộ có thể cân bằng mức điện áp tự động tại bất kỳ
mức điện áp nào, nó không phụ thuộc đó là bộ biến đổi công suất tác dụng hoặc công suất
phản kháng và không cần sự hỗ trợ của mạch khác. Với nguyên tắc này, ta có thể thiết kế
một cách bao quát các bộ nghịch lưu đã tồn tại.

U

U

U

dc

U

dc

U

dc

U


dc

dc

U

dc

U

dc

U

dc

dc

dc

U
U

U

U

dc

dc


dc

U

dc

2 -le v e l

U

dc

3 -le v e l
4 -le v e l
U

5 -le v e l
dc

B a s ic c e ll

n -le v e l

Hình 1.8 Sơ đồ nghịch lưu đa bậc dạng tổng quát [40]

25