Tài liệu Luận văn:Nghiên cứu phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu đa bậcNghiên cứu phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu đa bậc giảm số khoa công suất ppt

The paper [3] has introduced a new structure of multi-level inverters are key structures reduce capacity than traditional structure with some degree of modulation, this paper only invert

Trang 2

H U

H

Cán b ch m nh n xét 1 :

Cán b ch m nh n xét 2 :

Lu n v n th c s đ c b o v t i Tr ng i h c K thu t Công ngh TP HCM ngày tháng n m

Thành ph n H i đ ng đánh giá lu n v n th c s g m: (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v c a H i đ ng ch m b o v lu n v n th c s ) 1

2

3

4

5

nh Xác nh n c a Ch t ch H i đ ng đánh giá LV và Khoa qu n lý chuyên ngành sau khi lu n v n đã đ c s a ch a (n u có)

Ch t ch H i đ ng đánh giá LV Khoa qu n lý chuyên ngành

Trang 3

Chuyên ngành: Thi t b , m ng và nhà máy đi n MSHV: 1081031018

III- NGÀY GIAO NHI M V : 15/09/2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 15/03/2012

V- CÁN B H NG D N: PGS.TS PHAN QU C D NG

CÁN B H NG D N KHOA QU N LÝ CHUYÊN NGÀNH

(H tên và ch ký) (H tên và ch ký)

Trang 4

Tôi xin cam đoan r ng m i s giúp đ cho vi c th c hi n Lu n v n này đã đ c

c m n và các thông tin trích d n trong Lu n v n đã đ c ch rõ ngu n g c

H c viên th c hi n lu n v n

L ng Tr n Ngh a

Trang 5

ki n t t cho tôi hoàn thành công trình nghiên c u này

Xin cám n các anh ch em l p 10SM ngành Thi t B M ng Và Nhà Máy

i n đã chia s , h tr , giúp đ trong su t quá trình h c t p v a qua

Cu i cùng, nh ng quan tr ng nh t, xin g i l i cám n đ n các thành viên trong gia đình cùng b n bè đã đ ng viên, khích l , h tr cách này hay cách khác cho công vi c h c t p c a tôi

Xin chân thành c m n!

Trang 6

ph ng pháp này làm gi m s l ng tính toán c n thi t, không gi i các ph ng trình phi tuy n, ch tính toán m t s hàm l ng giác Trong lu n v n này, ch t p trung phâp tích, c i ti n hai ph ng pháp trong [15] &[16] đ áp d ng tính góc kích cho b ngh ch l u đa b c gi m s khóa công su t trong [3]

Bài báo [3] đã gi i thi u m t c u trúc m i v b ngh ch l u đa b c đó là c u trúc gi m s khóa công su t h n so v i c u trúc truy n th ng cùng s b c đi u ch , bài báo này ch xây d ng b ngh ch l u đa b c gi m s khóa mà không đ c p đ n

ph ng pháp đi u khi n nên Lu n v n đ xu t m t ph ng pháp đi u khi n m i (rút ra t [15] & [16]) cho b ngh ch l u này Nó đ c ki m ch ng b ng mô ph ng trong matlab/simulink Tuy nhiên còn m t s h n ch , ch gi m s khóa h n c u trúc truy n th ng khi s b c l n h n 7, s b c đi u ch đ c ph thu c vào s khóa trên m i unit và s unit trong m t b

Trang 7

The paper [3] has introduced a new structure of multi-level inverters are key structures reduce capacity than traditional structure with some degree of modulation, this paper only inverter multi-building reduce the number of key steps that do not mention the method should control thesis proposes a new control methods (drawn from [15] & [16]) for this inverter It is verified by simulation in matlab / simulink But there are some limitations, only reduce the number of courses than the traditional structure of rank greater than 7 degrees of modulation depends on the number keys on each unit and the unit in a set

Trang 8

H U

H

M C L C

TÓM T T TÀI i

ABSTRACT ii

DANH M C T VI T T T v

DANH M C CÁC B NG vi

DANH M C CÁC HÌNH viii

M U 1

Ch ng 1: T NG QUAN ……… 3

1.1 Gi i thi u s l c v b ngh ch l u đa b c 3

1.2 M t s c u trúc ph bi n c a b ngh ch l u đa b c 4

1.2.1 B ngh ch l u đa b c d ng diode kèm (Diode-clamped multilevel converters) 4

1.2.2 B ngh ch l u đa b c d ng t kèm (Flying capacitor multilevel converters) 6

1.2.3 B ngh ch l u đa b c d ng cascaded (cascaded multilevel converters) 7

1.3 Các ph ng pháp đi u khi n b ngh ch l u đa b c 9

1.3.1 Ph ng pháp sóng mang (multilevel carrier-based PWM) 9

1.3.2 Ph ng pháp vector không gian (multilevel space vector PWM) 12

1.3.3 Ph ng pháp kh sóng hài ch n l c (Selective Harmonic elimination) 14

1.4 M t s ng d ng c a b ngh ch l u đa b c trong th c t 16

Ch ng 2: PHÂN TÍCH C U TRÚC B NGH CH L U A B C GI M S KHÓA VÀ GI I THU T I U KHI N 19

2.1 C u trúc b ngh ch l u đa b c gi m s khóa 19

Trang 9

H U

H

iv

2.1.1 C u trúc c b n ghép các khóa 19

2.1.2 So sánh c u trúc gi m s khóa v i c u trúc khác 22

2.1.3 M t s c u trúc t i u 27

2.1.4 C u trúc t i u cho gi m s khóa và k t lu n 31

2.2 Ph ng pháp đi u khi n 32

2.2.1 Ph ng pháp on-line xác đ nh góc kích cho multilevel cascaded inverter 32

2.2.2 Ph ng pháp Kang [16] 45

2.2.3 Ph ng pháp c i ti n cho b ngh ch l u đa b c gi m s khóa 54

2.2.3.1 Ph ng pháp on-line c i ti n cho b ngh ch l u gi m s khóa 54

2.2.3.2 Ph ng pháp Kang c i ti n cho b ngh ch l u gi m s khóa 57

2.2.4 So sánh ph ng pháp online và ph ng pháp Kang đi u ki n cho b ngh ch l u đa b c gi m s khóa 60

Ch ng 3: MÔ PH NG B NGH CH L U A B C GI M S KHÓA CÔNG SU T B NG MATLAB/SIMULINK………69

A - XÂY D NG MÔ HÌNH MÔ PH NG B NG MATLAB/SIMULINK 69

B - CH Y MÔ HÌNH MÔ PH NG S D NG PH NG PHÁP ONLINE C I TI N 75

3.1 Mô ph ng b ngh ch l u đa b c gi m khóa công su t 75

3.2 Kh o sát và đánh giá k t qu mô ph ng 83

Ch ng 4: K T LU N 85

K t qu đ t đ c và h ng phát tri n Tài li u tham kh o……….88

Trang 10

H U

H

PMW (pulse width modulation): đi u ch đ r ng xung

SPWM (sinusoidal pulse width modulation): đi u ch đ r ng xung d ng sóng sin THPWM (third harmonic injection pulse width modulation): đi u ch đ r ng xung têm hài b c ba

SVM (space vector pulse width modulation): đi u ch đ r ng xung b ng véc t không gian

SH-PWM (subharmonic pulse width modulation): đi u ch đ r ng xung v i hài

b i 3

SFO-PWM (switching frequency optimal pulse width modulation): đi u ch đ

r ng xung v i t n s đóng c t t i u

SHE (Selective harmonic elimination): kh sóng hài ch n l c

SDCS: (source dc shares): đi n áp ngu n đ c l p

v ref: đi p áp tham chi u

肯賃: góc đi u khi n các khóa công su t

V dc: đi n áp ngu n dc

M: t s đi u biên

Trang 11

H U

H

vi

B ng 1.1 b ng tr ng thái đóng c t các khóa công su t 5

B ng 2.1: B ng tr ng thái đóng c t các khóa 21

B ng 2.2: So sánh c u trúc gi m s khóa [3] v i c u trúc cascaded 26

B ng 2.3: Xác đ nh các góc kích cho 11-level bi n t n cascaded 36

B ng 2.4: t i u giá tr c a h s d cho kho ng 0.64 ≤ M ≤ 1 39

B ng 2.5 Các góc kích đ c tính b ng ph ng pháp online cho 11-level, ngu n dc cân b ng 40

B ng 2.8 Các góc kích đ c tính b ng ph ng pháp online cho 11-level, ngu n dc không cân b ng 44

B ng 2.9 S l ng góc kích theo t s đi u biên 50

B ng 2.10 Li t kê các góc kích theo các t s đi u biên M i trong m t inverter 11-level 50

B ng 2.11: K t qu tính góc kích, theo ph ng pháp online 56

B ng 2.12: K t qu tính góc kích, theo ph ng pháp Kang 59

B ng 2.13 So sánh THD% gi a ph ng pháp online và ph ng pháp Kang cho b nghch l u đa b c gi m s khóa, không xét đ n hài b i 3 60

B ng 2.14 So sánh THD% gi a ph ng pháp online và ph ng pháp Kang cho b nghch l u đa b c gi m s khóa, có xét đ n hài b i 3 65

B ng 3.1: B ng đóng c t IGBT cho b ngh ch l u 11-level 75

Trang 12

H U

H

B ng 3.2: K t qu tính góc kích, fundamental harmornic 76

Trang 13

H U

H

viii

Hình 1.1: C u trúc c a m t b ngh ch l u d ng diode kèm 4

Hình 1.2: C u trúc c a m t b ngh ch l u d ng t kèm 6

Hình 1.3: C u trúc m t pha c a b ngh ch l u d ng cascaded 8

Hình 1.4: Phân lo i các ph ng pháp đi u ch PWM c a b ngh ch l u đa b c 9

Hình 1.5: Mô ph ng tính hi u đi u ch và sóng đi n áp pha ng ra s d ng 5 ngu n dc đ c l p (60V), cho b ngh ch l u đa b c cascaded v i ba k thu t chính (a) SPWM, (b) THPWM, (c) SVM 10

Hình 1.6: D ng đi u ch và d ng sóng ngõ ra v i các thông s (m = 6, mf = 21, ma = 0.8) 12

Hình 1.7: Hình l c giác trong ph ng pháp SVPWM 12

Hình 1.8: không gian vector đi n áp cho b ngh ch l u sáu b c 13

Hình 1.9: B ghép kênh mô hình c a b ngh ch l u diode k p sáu b c 14

Hình 1.10: D ng sóng đi n áp ngõ ra c a b ngh ch l u cascaded 11 b c 16

Hình1.11: ng d ng b ngh ch l u trong đi u khi n đ ng c 17

Hình 1.12: ng d ng b ngh ch l u trong lò c m ng trung t n 17

Hình 1.13: ng d ng b ngh ch l u trong h th ng n ng l ng tái t o 18

Hình 2.1: M t vài ph ng pháp b trí khóa hai chi u 19

Hinh 2.2 (a) c u trúc c b n cho submultilevel converter, (b) ki u sóng đi n áp ngõ ra c a V 0 20

Hình 2.3: C u trúc m r ng c a c u trúc đ n v 20

Hình 2.4: Các units đ c k t n i thành series 22

Hình 2.5: (a) c u trúc c b n, (b) d ng sóng đi n áp ngõ ra 22

Trang 14

H U

H

Hình 2.6: (a) M r ng c u trúc c b n, (b) k t n i k l n c u trúc c b n 23

Hình 2.7: So sánh N step /N IGBT gi a c u trúc gi m s khóa v i c u trúc trong [13] & [14] 24

Hình 2.8: So sánh s IGBT c n cho đi u ch N step đi n áp ra V 0 gi a c u trúc gi m s khóa v i c u trúc trong [13] & [14] 24

Hình 2.9: Chu n đi n áp trên các khóa hai chi u đ đi u ch N step đi n áp ra V 0 gi a c u trúc gi m s khóa v i c u trúc trong [13] & [14] 25

Hình 2.10: B ngh ch l u cascaded (11-level) 25

Hình 2.11: B ngh ch l u gi m s khóa (a) 11-level, (b) 15-level 26

Hình 2.12: Bi n thiên 券怠津斑 so v i n 27

Hình 2.13: Bi n thiên 券怠斑 ( 津貸怠 ) so v i n 28

Hình 2.14: Bi n thiên n/ln(n) so v i n 29

Hình 2.15: Bi n thiên P/(n - 1) so v i n 31

Hình 2.16: C u trúc t i u cho gi m s khóa 31

Hình 2.17: Ph ng pháp ti p c n tr c ti p xác đ nh góc kích 34

Hình 2.18: a) h s THD v i k s b c xung cho 11-level và b) h s THD t i u 36

Hình 2.19: D ng sóng đi n áp đ u ra và phân tích ph cho M = 0.5, bi n t n 11-level v i ngu n dc cân b ng 41

Hình 2.20: D ng sóng đi n áp đ u ra và phân tích quang ph cho M = 0.9 (overmodulation), bi n t n 11-level v i ngu n dc cân b ng 42

Hình 2.21: D ng sóng đi n áp đ u ra và phân tích ph cho M = 0.64 M,bi n t n 13-level v i ngu n dc cân b ng 43

Trang 15

H U

H

x

Hình 2.22: D ng sóng đi n áp đ u ra và phân tích ph cho M = 0.64 M, bi n t n

15-level v i ngu n dc cân b ng 44

Hình 2.23: D ng sóng đi n áp đ u ra và phân tích ph cho M = 0.5,bi n t n 11-level v i các ngu n dc không cân b ng 45

Hình 2.24: D ng sóng đi n áp tham chi u và t ng h p sóng b c xung (step pulse wave) trong m t bi n t n cascaded 46

Hình 2.25: i n áp tham chi u và góc kích o trong tr ng h p c a M i =講/ 4 47

Hình 2.26: i n áp ra c a inverter cascaded 11-level trong th i gian n a chu k d ng, trong tr ng h p c a M i =講/ 4 48

Hình 2.27: D ng sóng áp ra và FFT, trong tr ng h p M i = 0.8 51

Hình 2.31: D ng sóng áp ra và FFT, v i t s đi u biên M =0.8 (11-level), THD=3.477% 59

Hình 2.32: D ng sóng áp ra và FFT, v i t s đi u biên M =0.4 (11-level), THD=9.55% không tín đ n hài b i 3, PP online 61

Hình 2.33: D ng sóng áp ra và FFT, v i t s đi u biên M =0.4 (11-level), THD=14.20% không tín đ n hài b i 3, PP Kang 61

Hình 2.35: D ng sóng áp ra và FFT, v i t s đi u biên M =0.5 (11-level), THD=11.92% không tín đ n hài b i 3, PP Kang 62

Trang 16

THD=13.16% có tính đ n hài b i 3, PP Kang 66

Hình 2.46: D ng sóng áp ra và FFT, v i t s đi u biên M =0.6 (11-level), THD=24.05% có tính đ n hài b i 3, PP online 67 Hình 2.47: D ng sóng áp ra và FFT, v i t s đi u biên M =0.6 (11-level), THD=9.42% có tính đ n hài b i 3, PP Kang 67 Hình 2.48: D ng sóng áp ra và FFT, v i t s đi u biên M =0.7 (11-level), THD=15.06% có tính đ n hài b i 3, PP online 67 Hình 2.49: D ng sóng áp ra và FFT, v i t s đi u biên M =0.7 (11-level), THD=8.27% có tính đ n hài b i 3, PP Kang 67

Trang 17

H U

H

xii

Hình 2.50: D ng sóng áp ra và FFT, v i t s đi u biên M =0.8 (11-level),

THD=18.84% có tính đ n hài b i 3, PP online 68

Hình 2.51: D ng sóng áp ra và FFT, v i t s đi u biên M =0.8 (11-level), THD=4.571% có tính đ n hài b i 3, PP Kang 68

Hình 3.1: Mô hình mô ph ng cho 11-level sóng đi n áp ra 70

Hình 3.6: D ng sóng áp ra và FFT, v i t s đi u biên M =0.64, PP online, 11-level 76

Hình 3.9: Mô ph ng b ngh ch l u 21 b c, THD = 10.01% có xét đ n hài b i ba 81

Trang 18

E-mail: luongtrannghia_cm@yahoo.com.vn ; pqdung@hcmut.edu.vn

Khoa C – i n – i n T , i h c K Thu t Công Ngh TP HCM, Vi t Nam

(2)

268 Lý Th ng Ki t, Ph ng 14, Qu n 10 Khoa i n- i n T , Tr ng i h c Bách Khoa TP HCM, Vi t Nam

tính đ c nh ng góc kích các khóa công su t thì các ph ng pháp thông th ng dùng ph ng pháp l p Newton-Raphson đ gi i các ph ng trình phi tuy n trong chu i Fourier Nh c đi m c a

ph ng pháp này là vi c gi i các ph ng trình phi tuy n m t nhi u th i gian và khó th c hi n đ i v i

s b c l n [6] kh c ph c nh ng nh c đi m này, trong [4] đã đ a ra m t ph ng pháp đ n gi n

tr c ti p xác đ nh góc kích, áp d ng tính góc kích cho b ngh ch l u đa b c d ng cascaded truy n

th ng Ph ng pháp này làm gi m s l ng tính toán c n thi t, không gi i các ph ng trình phi tuy n,

ch tính toán m t s hàm l ng giác tài đ xu t m t ph ng pháp đi u khi n m i (rút ra t [4]) cho b ngh ch l u đa b c gi m s khóa công su t c ki m ch ng b ng mô ph ng trong matlab/simulink Tuy nhiên còn m t s h n ch , ch gi m s khóa h n c u trúc truy n th ng khi s b c

l n h n 7, không đi u ch ra s b c b t k , s b c đi u ch đ c ph thu c vào s khóa trên m i unit

và s unit trong m t b

ABSTRACT

For calculation of conducting angles for the switches power follow the conventional method using Newton-Raphson method of preparation for solving nonlinear equations in the Fourier series The drawback of this method is the solution of nonlinear equations take a long time and difficult to implement for a large number of levels [6] Order to overcome this drawback, in [4] gave a simple method directly determines conducting angles, apply the conducting angles for multi-level converters cascaded traditional format This method reduces the number of calculations required, not solving nonlinear equations, calculating only some trigonometric functions Threads proposed a new control methods (drawn from [4]) for multi-level converter reduced number of switches It is verified by simulation in matlab/simulink But there are some limitations, only reduce the number of courses than traditional structure when larger than levels of 7, modulation is not out of any level, levels of modulation depends on the number switches on each unit and the unit in a converter

Ngày nay s phát tri n công nghi p trong

n c c ng nh trên th gi i đã đ t đ c nh ng

thành t u to l n, trong s phát tri n đó đòi h i

công ngh ph i đi tr c, đ t o đi u ki n thu n

l i cho vi c ng d ng nó vào nghành công

nghi p ng c không đ ng b (induction) là

m t ng d ng quan tr ng và r t ph bi n vì giá thành r , đa d ng v công su t, đi u quan tr ng

là nó đ c đi u khi n m t cách linh ho t, đáp

ng t yêu c u th p đ n cao nh b bi n t n

B ngh ch l u là m t ph n c a b bi n t n Ngoài ra trên th gi i đang đ y m nh phát tri n ngu n n ng l ng m i (n ng l ng tái

t o) đ s n xu t ra đi n n ng thay th cho

Trang 19

thi u trong vi c n i l i cho các h th ng này

Vì th , vi c nghiên c u đ phát tri n, nâng cao

hi u qu và gi m giá thành c a b ngh ch l u

đa b c là góp ph n vào s phát tri n chung cho

n n công nghi p và nghành n ng l ng tái t o

hi n nay Ngh ch l u đa b c đ c ch p nh n

đ thay th ngh ch l u áp hai b c cho ng d ng

công su t l n và đi n áp cao V i c u t o đa

b c, đi n áp ngõ ra đ c t ng lên t n hao

chuy n m ch linh ki n gi m và h a t n ngõ ra

đ c c i thi n đáng k Bài vi t này gi i thi u

m t ph ng pháp đi u khi n m i cho c u trúc

ngh ch l u đa b c gi m s khóa công su t [3],

v i cách ti p c n tr c ti p đ xác đ nh góc

kích, đi u khi n tr ng thái đóng c t các khóa

công su t trong b ngh ch l u gi m s khóa

c đi m c a c u trúc này là c u t o đ n gi n,

có c u trúc d ng cell liên k t v i nhau, tránh

đ c v n đ cân b ng áp t , tuy nhiên c n

nhi u ngu n dc đ c l p và khi mu n t ng s

M i m t unit thì c n có khóa đóng c t hai

chi u đ t ng h p dòng đi n và đi n áp c hai

h ng, trong hình 1 là cách n i ghép c b n đ

ph i h p t o ra m t khóa hai chi u, đi u khi n

đi n áp và dòng đi n đ n gi n hóa các

nh ng tr ng thái ON b s t áp cao, nó

b ng t ng đi n áp s t trên hai đi t và

•

m t IGBT

và giá thành đ t

Trong hình 1 (c) là m t cách n i ghép ph

bi n, có t n th t truy n d n gi ng v i c u trúc trong hình 1 ( b) u đim c a c u trúc này so v i các c u trúc tr c đó là

m i khóa hai chi u ch c n có m t m ch

Trang 20

nhau thành m t chu i liên k t nh hình 4 nh m

t ng giá tr cho đi n áp V 0 Hình 4 có k ln

unit v i n kkhóa đóng c t, nh ng ch duy nh t

m t khóa trên m i unit đ c on trong m i

tr ng thái đóng c t khi b ngh ch l u ho t

đ ng đây s b c và đi n áp maximum ngõ

ra đ c tính nh sao:

C u trúc trong hình 4, đ đi u ch ra đi n

áp V 0 thì c n tính đi n áp dc vào cho t ng unit

theo công th c sau:

c u trúc t i u cho minimmum s khóa v i

s b c đi n áp không đ i

C u trúc c i ti n bao g m k l n unit liên

k t v i nhau, m i unit có n i khóa (i = 1, 2, …, k) do đó:

Trong tr ng h p này, ta có maximum s

b c đi n áp t ph ng trình (1), xét công th c (1) và (4 ) đ đ t đ c t i đa s b c đi n áp khi

đ c gi đ nh b ng n, sau đó xem xét ph ng trình (8), t ng s các thi t b chuy n m ch ( ) có th đ t đ c nh sau :

Trang 21

Theo ch ng minh ph n trên ta th y c u

trúc t i u cho gi m s khóa khi m i m t unit

c n n = 3 khóa [3]

đây c n chú ý s switch là s nguyên,

khi không thu đ c s nguyên thì ta l y ch n

khóa này là đi u ch đ c s b c cao nên sóng

ngõ ra gi m thi u đ méo d ng và g n sin h n

ph n c b n d ng sóng đi n áp đ u ra v i gi m thi u bi n d ng và h s THD trên toàn b

ph m vi c a t s đi u biên (0 ≤ M ≤ 1) Có

đ c nh ng góc kích, b ng cách chia sóng

đi n áp chu n theo chi u d c, thành nh ng khu

v c đi n áp, t ng ng v i nó là m i góc kích T đó ta xác đ nh góc kích b ng ph ng pháp di n tích.

x p ch ng nh sau

:

Các b c th c hi n ph ng pháp on-line

1- Tr c tiên phân chia di n tích sóng đi n

áp tham chi u thành k l n, b ng cách phân

ph i 2- Xác đ nh đ l n các góc theo d ng sin v i thành hình 7 (a)

ph n c b n cho m i b c c a b c xung d ng sóng ra, b ng cách s d ng ph ng pháp di n

tích hình 7 (b)

V i j = 1 … k

Trang 22

( đây d là h s , xác đ nh b ng min THD%

l u đa b c gi m s khóa

đ tài này ta nghiên c u ph ng pháp

đi u khi n cho b ngh ch l u đa b c gi m s khóa công su t, do u đi m c u trúc b ngh ch

l u trong [3] s b c cao nh ng s khóa công

su t t ng ng th p, m c đích lu n v n là đi u

ch s b c l n n ên c n s d n g m t ph ng pháp đ n gi n đ xác đ nh góc đi u khi n các khóa công sut Hai ph ng pháp đ c gi i thi u trên r t phù h p cho vi c đi u khi n b ngh ch l u gi m s khóa

đây ta ch n ngu n vào dc trong m t unit là b ng nhau và unit đ u tiên có đi n áp ngu n b ng 1V dc, t công th c (2) và (3) ta suy

ra đi n áp v 0

Unit 1:

đ c tính nh sau:

Unit 2:

Unit 3:

Trang 23

su t trong m i unit Giá tr N đây chính b ng

1- Tr c tiên phân chia di n tích sóng đi n

áp tham chiu thành N l n, b ng cách phân

dc và 3 khóa công su t hai chi u ng d ng

ph ng pháp đi u khi n c i ti n cho b ngh ch

l u trên, đ t đ c k t qu kh quan t ng s đ méo d ng th p do u đi m đi u ch đ c s

Trang 24

xu t, 2- đi u ch ra nhi u b c v i s khóa th p,

u đi m này đ ng th i gi m đ méo d ng h a

t n và sóng g n sin h n, 3- c n nhi u ngu n dc

đ c l p, nên do đó ng d ng cho h th ng

n ng l ng tái t o là đi u c n quan tâm

Tuy nhiên còn m t s t n t i, ch gi m s khóa h n c u trúc truy n th ng khi s b c l n

h n 7, không đi u ch ra s b c b t k , s b c

đi u ch đ c ph thu c vào s khóa trên m i unit và s unit t rong m t b , thành ph n sóng hài có ph n cao h n so v i c u trúc cascaded

Do th i gian có h n nên ch a k p t i u trong

Th hai là xây d ng mô hình h th ng n i

l i xoay chi u cho h th ng n ng l ng m t

tr i, s d ng b ngh ch l u đa b c gi m s khóa công su t, ng d ng ph ng pháp on-line

c i ti n đ đi u khi n

Th ba là ch y mô ph ng v i mô hình trên cho công su t vài MW và th c nghiêm v i công su t vài kW

[1] R H B aker and L H B annister,

“Electric power converter,” U.S Patent 3

867 643, Feb 1975

[2] A Nabae, I Takahashi, and H Akagi, “A

n ew neutral-point clamped PWM inverter,” IEEE Trans Ind Appl., vol IA-

17, no 5, pp 518–523, Sep./Oct 1981 [3] Ebrahim Babaei, “A Cascade Multilevel Converter Topology With Reduced Number of Switches,” IEEE transactions

on power electronics, vol 23, no 6, november 2008

[4] P.Q Dzung, Saito Y., L.M Phuong, N.V Nho,”A New On-line Approach for Determining Conducting Angles in

Trang 25

H U

H

Multilevel Cascaded Inverters”, European

Power Electronic Conference EPE’07,

Denmark, 2007

[5] ] Kang, D.-W.; Kim, H.-C.; Kim, T.-J.;

Hyun, D.-S.: A simple method for

acquiring the conducting angle in a

multilevel cascaded inverter using step

pulse waves, Electric Power Applications,

IEE Proceedings- Volume 152, Issue 1, Jan

2005 Page(s):103 – 111

[6] S Khomfoi and L M Tolbert, “Multilevel

power converters,” in Power Electronics

Handbook , 2nd ed Amsterdam, The

Netherlands: Elsev ier, 2007, ch 17, pp

451–482

Trang 26

đ c nghiên c u r ng rãi, nh v y mà ngh ch l u đa b c đã đ t đ c nh ng ng

d ng cho công su t l n, đi n áp cao, ch t l ng đi n t t, gi m đ c sóng hài, gi m giá thành, tuy nhiên đòi h i đ đ ph c t p cao

Ngày nay s phát tri n công nghi p trong n c c ng nh trên th gi i đã đ t

đ c nh ng thành t u to l n, trong s phát tri n đó đòi h i công ngh ph i đi tr c,

đ t o đi u ki n thu n l i cho vi c ng d ng nó vào nghành công nghi p ng c không đ ng b (induction) là m t ng d ng quan tr ng và r t ph bi n vì giá thành

r , đa d ng v công su t, đi u quan tr ng là nó đ c đi u khi n m t cách linh ho t, đáp ng t yêu c u th p đ n cao nh b bi n t n B ngh ch l u là m t ph n c a b

bi n t n

Ngoài ra trên th gi i đang đ y m nh phát tri n ngu n n ng l ng m i (n ng

l ng tái t o) đ s n xu t ra đi n n ng thay th cho ngu n n ng l ng truy n

th ng s p c n ki t và ô nhi m môi tr ng nh (d u, than, khí đ t…), b ng các ngu n n ng l ng m i nh : n ng l ng m t tr i, gió, sóng bi n Trong đó b nghch l u là b ph n quan tr ng không th thi u trong vi c n i l i cho các h

th ng này

Vì th , vi c nghiên c u đ phát tri n, nâng cao hi u qu và gi m giá thành

c a b ngh ch l u đa b c là góp ph n vào s phát tri n chung cho n n công nghi p

và ngành n ng l ng tái t o hi n nay Vì lý do đó và cùng v i s góp ý c a Th y

h ng d n tôi t ng h p, phân tích, nghiên c u v ph ng pháp đi u khi n b nghch l u đa b c gi m s khóa đóng ng t đây c ng là tên đ tài tôi s th c hi n

tài t p chung nghiên c u ba n i dung chính: Th nh t tìm hi u t ng quan

v c u trúc và ph ng pháp đi u khi n b ngh ch l u đa b c đã đ c ng d ng

Trang 27

H U

H

2

nhi u trong th c ti n, th hai là phân tích, nghiên c u v b ngh ch l u đa b c gi m

s khóa công su t, th ba là nghiên c u 2 ph ng pháp đi u khi n trong [15] & [16]

đ ng d ng cho b ngh ch l u gi m s khóa công su t

Ngh ch l u đa b c đ c ch p nh n đ thay th ngh ch l u áp hai b c cho ng

d ng công su t l n và đi n áp cao V i c u t o đa b c, đi n áp ngõ ra đ c t ng lên

t n hao chuy n m ch linh ki n gi m và h a t n ngõ ra đ c c i thi n đáng k Bài

vi t này gi i thi u m t ph ng pháp đi u khi n m i cho c u trúc ngh ch l u đa b c

gi m s khóa công su t [3], v i cách ti p c n tr c ti p đ xác đ nh góc kích, đi u khi n tr ng thái đóng c t các khóa công su t trong b ngh ch l u gi m s khóa c

đi m c a c u trúc này là c u t o đ n gi n, có c u trúc d ng cell liên k t v i nhau, tránh đ c v n đ cân b ng áp t , tuy nhiên c n nhi u ngu n dc đ c l p và khi

mu n t ng s b c đi n áp ngõ ra thì s l ng linh ki n t ng lên

V i c u t o c n nhi u ngu n dc đ c l p nh th , tính th c ti n c a lu n v n

là dùng b ngh ch l u này đ n i l i cho h th ng n ng l ng m t tr i

Trang 28

c p đi n áp dc ngõ vào, càng t ng s c p đi n áp dc thì d ng sóng đi n áp ngõ ra càng g n v i sóng sin [3]

dây đ ng c v i t c đ (dv/dt) khá l n và gây ra m t s v n đ khó kh n b i t n t i

tr ng thái zero c a t ng đi n th t các pha đ n tâm ngu n dc B ngh ch l u áp đa

b c đ c phát tri n đ gi i quy t các v n đ gây ra nêu trên c a b ngh ch l u áp hai b c và th ng đ c s d ng cho đi n áp cao và công su t l n

- C u trúc đ u tiên đ u tiên đ c gi i thi u là H-bridge [1] K t khi c u trúc liên k t này ra đ i, bao g m các power conversion cells, có th thay đ i công su t

và s b c c a đi n áp m t cách d dàng [3] C u trúc th ng đ c s d ng cho các

ng d ng đi n áp cao và công su t l n

áp m t chi u nh pin, acquy, ho c đi n áp xoay chi u đ c ch nh l u Linh ki n s

t c, trong ph m vi công su t l n dùng GTO, IEGT, IGCT, SCR k t h p v i b đi u khi n chuy n m ch

- u đi m c a b ngh ch l u đa b c: công su t b ngh ch l u áp t ng lên; đi n

áp đ t lên các linh ki n gi m xu ng nên công su t t n hao do qua trình đóng c t c a

Trang 29

phân chia thành m t s c p đi n áp nh h n nh chu i các t đi n m c n i ti p

t o ra n-level cho m t nhánh đi n áp, n-level diode-clamped thì c n n-1 t đi n m c

n i ti p trên dc bus [4] Ví d ch n đ c m c đi n th 0 cu i dãy ngu n, các b c

đi n áp có th đ t đ c g m (0, U, 2U 3U,…, nU) i n áp t m t pha t i ( ví d pha A ) thông đ n v trí b t k trên nh c p diode kèm t i th i đi m đó

Hình 1.1: C u trúc c a m t b ngh ch l u 3 pha ki u diode kèm

Trang 30

H U

H

- đi n áp pha ngu n dc đ t đ c b c đi n áp trên (Ua0 = U), t t c các linh

ki n b k p gi a 2 diode (D1, D1’) g m n linh ki n m c n i ti p liên t c k nhau,

ph i đ c kích đóng, các linh ki n còn l i ph i đ c khóa theo nguyên t c kích đ i nghch Nh trên hình d i t o ra 6 b c đi n áp ngu n dc, nên m ch ngh ch l u

d i g i là m ch ngh ch l u 6 b c

- Trình bày tr ng thái đóng c t trong b ng 1.1

B ng 1.1 b ng tr ng thái đóng c t các khóa công su t [20]:

Khó có đ c dòng công su t th c vì các b c dc trung gian có xu h ng quá t i ho c

x đi n mà không có giám sát và ki m soát chính xác, s l ng các diode kèm c n liên quan đ n s l ng c a các b c, do đó làm c ng k nh cho các c u trúc v i nhi u

b c [20]

Trang 31

- Các flying-copacitor s d ng m t c u trúc b c thang c a các t đi n, trên

m i t đi n tr c khác v i các t đi n sau t o ra n b c c p đi n áp đ u ra, c n n-1 t đi n trong dc bus [4]

- Meynard và Foch đã gi i thi u m t b ngh ch l u flying-copacitor trên vào

n m 1992 [21] Các c u trúc c a b ngh ch l u này là t ng t nh b ngh ch l u diode k p, ngo i tr thay vì s d ng các diode k p, bi n t n s d ng t đi n v trí

c a diode C u trúc c a b ngh ch l u flying-capacitor đ c th hi n trong hình 1.2

ây là c u trúc b c thang c a t đi n dc, đi n áp trên m i t đi n khác nhau so v i

t đi n ti p theo T ng đi n áp gi a hai chân lân c n t đi n s làm t ng kích th c

c a các b c đi n áp trong các d ng sóng đ u ra

Hình 1.2: C u trúc c a m t b ngh ch l u 3 pha ki u t kèm

- M t l i th c a b ngh ch l u flying-capacitor trên là nó có đi n áp d th a bên trong m i b c, nói cách khác, hai ho c nhi u s k t h p chuy n m ch h p l có

th t ng h p m t đi n áp đ u ra B ng 1.2 cho th y m t danh sách c a t t c các c p

đi n t ng ng v i các tr ng thái đóng c t c a các khóa th hi n trong hình 1.2

Trang 32

- Ngoài ra (m-1) link ngu n dc Flying capacitor multilevel converters s c n (m-1) x (m-2)/2 t đi n cho m i pha

Có d phòng s n cho cân b ng các b c đi n áp t , có th đi u khi n đ c công su t tác d ng và công su t ph n kháng, s l ng l n các t đi n cho phép bi n t n bù áp làm gi m th i gian m t đi n và đi n áp s t sâu [20]

i u khi n vi c b o v và kh i đ ng các b c đi n áp cho t t c các t đi n ph c t p,

hi u qu s d ng khóa đóng ng t r t th p, s l ng s d ng t đi n l n, h th ng

v a c ng k nh và đ t h n c u trúc diode k p [20]

1.2.2 B ngh ch l u đa b c d ng cascaded (cascaded multilevel converters):

- B ngh ch l u này s d ng ngu n dc riêng, nên thích h p s d ng trong

tr ng h p ngu n dc có s n ví d d i d ng acquy, fuel cell, photovoltaic panel, battery…[3]

ti p nhau, các b ngh ch l u d ng c u m t pha này có các ngu n dc riêng, g m nhi u module c b n ghép l i thành m t chu i, tùy thu c vào s b c mà s c u m t pha có th t ng hay gi m

trong hình 1.3 M i ngu n dc riêng bi t (SDCS) đ c k t n i v i m t pha bridges ho c H-bridges trong b ngh ch l u cascaded M i H-bridges có th t o ra

full-ba đ u ra đi n áp khác nhau, +Vdc, 0, và -Vdc b ng cách k t n i ngu n vào dc và k t

Trang 33

s n xu t đ c th c hi n nhanh chóng và r h n C u trúc này lý t ng cho vi c k t

n i h th ng n ng l ng tái t o v i l i, vì c n nhi u ngu n dc đ c l p [20]

Trang 34

i u ch đ r ng xung (PWM) đ c s d ng trong b ngh ch l u thông th ng có

th đ c c i ti n đ s d ng trong các b ngh ch l u đa b c Ph ng pháp PWM có

th đ c phân lo i theo t n s đóng c t nh minh h a trong hình 1.4 Ba ph ng pháp multilevel PWM th o lu n nhi u nh t trong các tài li u là: multilevel carrier-based PWM, selective harmonic elimination và multilevel space vector PWM

Hình 1.4: Phân lo i các ph ng pháp đi u ch c a b ngh ch l u đa b c

1.3.1 Ph ng pháp sóng mang (multilevel carrier-based PWM):

hi u này s đ c ch ng lên m t sóng mang, đó là m t lo i sóng hình sin có t n s cao Ta g i là đi u bi n sóng mang S bi n đ i khi ta ch ng tín hi u lên trên sóng mang đ c g i là đi u bi n Các ph n c ng th c hi n vi c chuy n đ i này đ c g i

là các b đi u bi n u ra c a b đi u bi n đ c g i là tín hi u đã đi u bi n [6]

Trang 35

H U

H

10

Hình 1.5: Mô ph ng tính hi u đi u ch và sóng đi n áp pha ngõ ra s d ng 5 ngu n

dc đ c l p (60V), cho b ngh ch l u đa b c cascaded v i ba k thu t chính (a)

SPWM, (b) THPWM, (c) SVM

Trang 36

H U

H

- K thu t ph bi n nh t và đ n gi n nh t đ th c hi n s d ng tín hi u sóng mang hình tam giác và m t truy xu t ho c đi u ch tín hi u trên m i pha Hình 1.5 minh h a ba k thu t sóng mang chính ng d ng trong b ngh ch l u đa b c: d ng

[20]

đi u biên cao, tín hi u sin chu n có th đ c tiêm b i m t tín hi u hài b c ba v i

trong hình 1.5 (b) Ta th y trong hình 1.5 (b) và (c), các tín hi u sin chu n có m t s

l i th s đ ng nh t biên đ t s đi u biên Rõ ràng, đi n áp dc đ c s d ng

L i th khác c a k thu t sóng mang là: sóng hài b i 3 PWM (SH-PWM) và t n s

bi u di n d ng sóng đi n áp ngõ ra v i sóng mang (m f =21), t s đi u biên là 0.8 cho b ngh ch l u sáu b c diode k p

Trang 37

không đi n đ c thêm vào m i d ng sóng mang [8]

1.3.2 Ph ng pháp vector không gian (multilevel space vector PWM):

Hình 1.7: Hình l c giác trong ph ng pháp SVPWM

- Ý t ng c a ph ng pháp đi u ch vect không gian là t o nên s d ch chuy n liên t c c a véc t không gian tham chi u trên qu đ o đ ng tròn c a véc

trong th i gian m t chu k đi u ch T pulse c a quá trình đi u khi n b ngh ch l u áp

Trang 38

H U

H

V i s d ch chuy n đi u đ n c a véc t không gian trên qu đ o tròn, các sóng hài

b c cao đ c lo i b và quan h gi a tính hi u đi u khi n và biên đ áp ra tr nên tuy n tính Véc t t ng đ ng đây chính là véc t trung bình trong th i gian m t chu k l y m u T s c a quá trình đi u khi n b ngh ch l u áp

- CHOI [11] là tác gi đ u tiên đ xu t m r ng k thu t đi u ch vec t không gian t hai b c lên ba b c, b ngh ch l u diode k p [20] Hình 1.8 bi u di n các vecter không gian trong h d-q cho b converter sáu b c Hình 1.9 bi u di n th c

hi n cho các liên k t ngu n dc v i m i pha áp ngõ ra t ng ng v i các đi m nút ngu n dc M i đi m trên véc t không gian bi u di n cho m t tr ng thái riêng bi t

đi n áp ngõ ra Ví d , các đi m (3, 2, 0) trên vector không gian có ngh a là, so v i

đ t, t i th i đi m đó pha a b ng 3Vdc, pha b b ng 2Vdc, và pha c b ng 0Vdc Các

k t n i t ng ng gi a các liên k t dc và đ u ra cho b ngh ch l u sáu b c c ng

đ c hi n th trong hình 1.8 cho đi m (3, 2, 0)

Hình 1.8: không gian vector đi n áp cho b ngh ch l u sáu b c

Trang 39

H U

H

14

Hình 1.9: B ghép kênh mô hình c a b ngh ch l u diode k p sáu b c

- Bên c nh đó tr ng thái đóng c t đi n áp đ u ra, các đi m (3, 2, 0) trên vec t không gian c ng có th đ i di n cho tr ng thái đóng c t c a b ngh ch l u M i s nguyên ch ra bao nhiêu thi t b chuy n m ch trên m i pha đang ON cho b ngh ch

l u diode kèm Ví d cho h a = 3, h b = 2, h c =0, các tr ng thái đóng c t các khóa

Trang 40

ph ng trình sau:

( ) = 4 [ ( ) + ( ) + + ( ) ] (1.4)

= 1,3,5,7,…

G i ph ng trình (1.4) xác đ nh góc kích , , , ta s thi t l p đ c gi n đ kích đóng công t c

(1.4) luôn t n t i và ph ng pháp SHE cho phép th c hi n tri t tiêu sóng hài v i t n

Tiêu đề	Nghiên Cứu Phương Pháp Điều Khiển Bộ Nghịch Lưu Đa Bậc Giảm Số Khoa Công Suất
Tác giả	Lê Nguyên Trần Nghĩa
Người hướng dẫn	PGS.TS Phan Quốc Dũng
Trường học	Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM
Chuyên ngành	Thiết Bị, Mạng Và Nhà Máy Điện
Thể loại	Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2012
Thành phố	TP. HCM

Định dạng
Số trang	145
Dung lượng	4,62 MB