Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho bộ biến đổi cấu trúc module trong hệ thống truyền tải HVDC plus

Đối với các hệ thống truyền tải điện một chiều truyền thống đã được triển khai, các bộ biến đổi công suất phần lớn có cấu hình đa mức sử dụng các van bán dẫn Thyristor, GTO tuy có khả nă

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

-

NGUYỄN TUẤN NGHĨA

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC MODULE TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVDC-PLUS

Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS PHẠM VIỆT PHƯƠNG

HÀ NỘI - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho bộ biến đổi cấu trúc module trong hệ thống truyền tải HVDC-Plus” do tôi

tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Phạm Việt Phương Các số liệu và

kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này tôi chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 17 tháng 03 năm 2015

Học viên thực hiện

Nguyễn Tuấn Nghĩa

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VẼ

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP MỘT

CHIỀU HVDC 2

1.1 Giới thiệu chung 2

1.2 Các loại cấu hình chính của hệ thống HVDC 14

1.2.1 Sơ đồ mạch điện một chiều 14

1.2.2 Bộ biến đổi Back-to-Back 14

1.2.3 Truyền tải khoảng cách dài đơn cực 15

1.2.4 Truyền tải khoảng cách dài lưỡng cực 15

1.3 Các bộ biến đổi thường dùng trong hệ thống HVDC 17

1.4 Nhiệm vụ của luận văn 19

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ MODULE MMC 21

2.1 Mô tả cấu trúc bộ biến đổi đa mức Modular Multilevel Converter (MMC) 21

2.2 Các phương pháp điều chế trong MMC 26

2.2.1 Phương pháp dịch mức sóng mang (CD-PWM) 27

2.2.2 Phương pháp Sub-harmonic PWM 29

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH HỆ THỐNG HVDC PLUS CỦA SIEMENS 32

3.1 Hệ thống HVDC-PLUS của hãng Siemens dùng cấu trúc MMC 32

3.2 Thông số mô phỏng của hệ thống 35

3.2.1 Tính toán sơ bộ máy biến áp phía trước chỉnh lưu 36

3.2.2 Tính toán sơ bộ máy biến áp phía sau nghịch lưu 37

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH HÓA VÀ XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN

CHO HỆ THỐNG BỘ BIẾN ĐỔI MMC 39

4.1 Mô hình hóa MMC 40

4.2 Các bộ điều khiển vòng ngoài của MMC (outter control) 42

4.2.1 Mạch vòng khóa pha 43

4.2.2 Mạch vòng điều khiển dòng điện 46

4.2.3 Mạch vòng điều khiển công suất tác dụng và phản kháng 48

4.2.4 Bộ điều khiển điện áp một chiều 49

4.3 Phương pháp điều khiển vòng trong của MMC 50

4.3.1 Các phương pháp điều khiển 51

4.3.2 Phân tích tính ổn định của các SM 55

4.4 Tính toán thông số các mạch vòng điều khiển 59

4.4.1 Thông số mạch điều khiển vòng trong 59

4.4.2 Thông số mạch điều khiển vòng ngoài 60

CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HVDC PLUS SỬ DỤNG BỘ BIẾN ĐỔI MMC 61

5.1 Tính toán thông số mạch lực 61

5.1.1 Cách chọn tụ 61

5.1.2 Cách chọn cuộn cảm 62

5.2 Tính toán thông số các mạch vòng điều khiển 63

5.2.1 Thông số mạch điều khiển vòng trong 63

5.2.2 Thông số mạch điều khiển vòng ngoài 64

5.3 Kết quả mô phỏng 64

5.3.1 Kết quả khi MMC hoạt động ở trạng thái định mức 64

5.3.2 Mạch điều chỉnh cân bằng vòng trong 69

5.3.3 Mạch điều chỉnh công suất 72

5.3.4 Bộ điều khiển điện áp một chiều 75

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

PWM Pulse-Width Modulation Luật điều chế độ rộng xung

PD-PWM Phase Disposition Luật sóng mang cùng pha

POD-PWM Phase Opposition Disposition Luật sóng mang ngược pha

APOD-PWM Alternate Phase Opposition

LS-PWM Level Shifted - Pulse Witdth

Modulation

Điều chế độ rộng xung bằng dịch mức sóng mang

CCC Capacitor comutated converter Bộ biến đổi sử dụng tụ điện chuyển

mạch

LCC Line comutated converter Bộ biến đổi sử dụng chuyển mạch

đường dây VSC Voltage Source Converter Bộ biến đổi điện áp

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh số linh kiện trong một pha của 4 dạng nghịch lưu trên 19

Bảng 2.1.Trạng thái làm việc của một SM 25

Bảng 4.1 Các hệ số K của bộ điều khiển 59

Bảng 4.2 Các hằng số thời gian 60

Bảng 4.3 Thông số mạch điều khiển vòng ngoài 60

Bảng 5.1 Thông số bộ biến đổi MMC 61

Bảng 5.2 Các hệ số K của bộ điều khiển 63

Bảng 5.3 Các hằng số thời gian 63

Bảng 5.4 Thông số mạch điều khiển vòng ngoài 64

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tổng giá trị dựa vào khoảng cách 3

Hình 1.2 Cột điện giữa HVDC và HVAC 5

Hình 1.3 Sơ đồ của hệ thống HVDC-Classic 5

HVDC-Classic 6

Hình 1.4 Ứng dụng của HVDC-Classic theo từng năm 6

Hình 1.5 Dự án Neptune RTS 7

Hình 1.6 Dự án Ballia-Bhiwadi 7

Hình 1.7 Dự án BritNed 8

Hình 1.8 Dự án Cometa 8

Hình 1.9 So sánh thiết kế của HVDC-Plus và HVDC-Classic 9

Hình 1.10 Dự án Trans Bay Cable 10

Hình 1.11 Dự án INELFE 10

Hình 1.12 Dự án BorWin2 11

Hình 1.13 Các dự án sử dụng hệ thống HVDC-Plus của Siemmens 11

Hình 1.14 Dự án đầu tiên sử dụng hệ thống HVDC-Plus ứng dụng bộ biến đổi đa mức MMC 12

Hình 1.15 Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi đa mức MMC 13

Hình 1.16 Sơ đồ mạch điện một chiều của hệ thống HVDC 14

Hình 1.17 Sơ đồ bộ biến đổi Back-to-Back 14

Hình 1.18 Sơ đồ truyền tải khoảng cách dài đơn cực nối đất 15

Hình 1.19 Sơ đồ truyền tải khoảng cách dài đơn cực có dây trung tính 15

Hình 1.20 Sơ đồ cấu hình lưỡng cực với dây trung tính nối đất 16

Hình 1.21 Sơ đồ cấu hình lưỡng cực làm việc đơn cực 16

Hình 1.22 Sơ đồ cấu hình lưỡng cực có dây trung tính 17

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát cấu trúc MMC 21

Hình 2.2.Các dạng cấu trúc của SM (Cell) 22

Hình 2.3 Cấu trúc Half-brigde Cell 23

Hình 2.4 Dòng điện chảy trong SM theo mỗi trạng thái đóng cắt của van và tụ 25

Hình 2.5 Sơ đồ kỹ thuật điều chế PWM 27

Hình 2.6 Sóng mang bố trí cùng pha 28

Hình 2.7 Sóng mang bố trí ngược pha 28

Hình 2.8 Sóng mang bố trí ngược pha xen kẽ 29

Hình 2.9 Phương pháp dịch pha sóng mang 30

Hình 2.10 Sóng mang hình răng cưa 31

Hình 2.11 Sóng mang hình tam giác 31

Hình 3.1 Dự án Trans Bay Cable 32

Hình 3.2 Sơ đồ địa hình của dự án Trans Bay Cable 33

Hình 3.3 Hệ thống HVDC PLUS 33

Hình 3.4 Cấu hình truyền tải đơn cực 34

Hình 4.1 Hệ thống điều khiển HVDC-Plus 39

Hình 4.2.Cấu trúc chi tiết các mạch vòng điều khiển của HVDC-Plus 40

Hình 4.3 Mạch điện tương đương một pha của bộ biến đổi MMC 40

Hình 4.4 Sơ đồ khối hệ thống đồng bộ pha truyền thống 1PLL 43

Hình 4.5 Sơ đồ khối hệ thống đồng bộ pha truyền thống 3PLL 44

Hình 4.6 Đồng bộ với khung tọa độ quay 45

Hình 4.7 Cấu trúc mạch vòng khóa pha 46

Hình 4.8 Cấu trúc điều khiển dòng điện 47

Hình 4.9 Sơ đồ khối điều khiển dòng điện 47

Hình 4.14 Bộ điều khiển công suất 49

Hình 4.15 Sơ đồ khối điều khiển điện áp một chiều 49

Hình 4.16 Sơ đồ mạch vòng điều khiển điện áp trung bình pha u 51

Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý điều khiển theo phương pháp Arm – balancing control 54

Hình 4.19 Quan hệ giữa biểu thức (4.44), (4.45) và góc 57

Hình 5.1 Dạng điện áp pha (va, vb, vc) và điện áp dây (vab, vbc, vac) 65

Hình 5.2 Dạng điện áp nhánh trên (VU) và nhánh dưới (VL) khi chưa lọc 65

Hình 5.3 Dạng điện áp nhánh trên (VU) và nhánh dưới (VL) sau khi qua lọc 66

Hinh 5.4 Dạng điện áp trên tụ VC1 và VC5 66

Hình 5.5 Dạng điện áp trung bình tụ nhánh trên (VCAUAV) và dưới (VCALAV) 67

Hình 5.6 Dạng điện áp dòng điện tuần hoàn (iZ) 67

Hình 5.7 Đồ thị công suất tác dụng (P) 68

Hình 5.8 Đồ thị công suất phản kháng (Q) 68

Hình 5.9 Đồ thị dạng sóng điều chế của SM1 (Va1*) 69

Hình 5.10 Dạng điện áp trên tụ VC1 và VC5 khi Vcref = 70 kV 69

Hình 5.11 Đồ thị dạng sóng điều chế của SM1 (Va1* ) Vcref = 70 kV 70

Hình 5.12 Dòng điện sai lệch (iZ) 70

Hình 5.13 Công suất phản kháng Q 71

Hình 5.14 Công suất tác dụng P 71

Hình 5.15 Dạng điện áp pha (va, vb, vc) và điện áp dây (vab, vbc, vac) 72

Hình 5.16 Đồ thị đáp ứng công suất tác dụng P 73

Hình 5.17 Đồ thì đáp ứng công suất phản kháng Q 73

Hình 5.18 Dạng điện áp pha (va, vb, vc) và điện áp dây (vab, vbc, vac) 74

Hình 5.19 Đồ thì dòng điện tuần hoàn (iZ) 74

Hình 5.20 Đồ thị đáp ứng công suất tác dụng P 75

Hình 5.21 Đồ thì đáp ứng công suất phản kháng Q 75

Hình 5.22 Dạng điện áp pha (va, vb, vc) và điện áp dây (vab, vbc, vac) 76

Hình 5.23 Đồ thì dòng điện tuần hoàn (iZ) 76

Hình 5.24 Dạng điện áp trên tụ VC1 và VC5 77

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, các hệ thống truyền tải điện năng một chiều (HVDC) ngày càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng triển khai nhiều trong thực tế bởi những ưu điểm vượt trội về tính năng kinh tế và kỹ thuật so với các hệ thống truyền tải xoay chiều truyền thống Có được điều này chính là nhờ những thành tựu vượt bậc trong lĩnh vực bán dẫn công suất và kỹ thuật điều khiển các bộ biến đổi công suất lớn Đối với các hệ thống truyền tải điện một chiều truyền thống đã được triển khai, các bộ biến đổi công suất phần lớn có cấu hình đa mức sử dụng các van bán dẫn Thyristor, GTO tuy có khả năng chịu được điện áp cao nhưng lại hạn chế về khả năng điều khiển dòng công suất hai chiều, khả năng vận hành linh hoạt với các cấp điện áp khác nhau v.v… Hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC-Plus do hãng Siemen đề xuất sử dụng bộ biến đổi công suất cấu trúc module (MMC) với những ưu điểm vượt trội về khả năng điều chỉnh dòng công suất, khả năng vận hành linh hoạt ở các cấp điện áp khác nhau, cấu trúc mạch lực đơn giản đã khắc phục được những nhược điểm của các hệ thống HVDC thông thường

Từ lí do đó, tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho

bộ biến đổi cấu trúc module trong hệ thống truyền tải HVDC-Plus” với sự hướng

dẫn của thầy giáo TS Phạm Việt Phương Sau đây em xin trình bày đồ án của mình

Hà Nội, ngày 17 tháng 03 năm 2015

Học viên thực hiện

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CAO ÁP

MỘT CHIỀU HVDC

1.1 Giới thiệu chung

HVDC là hệ thống truyền tải điện năng, sử dụng dòng điện một chiều để truyền tải năng lượng Không giống với hệ thống HVAC đang được sử dụng rộng rãi, với khoảng cách truyền tải xa hệ thống HVDC có giá thành và tổn hao công suất ít hơn Với một khoảng cách ngắn, chi phí chi cho một hệ thống HVDC vẫn được xem xét so với hệ thống HVAC do những lợi ích khác của HVDC

Trong hệ thống HVAC các biến áp xoay chiều có khả năng biến đổi điện áp và cho phép chuyển tải các cấp công suất khác nhau và các cấp cách điện khác nhau với cùng một đơn vị và có tổn hao thấp Cấu tạo của thiết bị đơn giản và đòi hỏi bảo trì thấp Thêm vào nữa, một máy phát điện đồng bộ 3 pha có ưu điểm hơn một máy phát điện 1 chiều về nhiều mặt Nhờ có ưu điểm này, công nghệ dòng xoay chiều đã được giới thiệu và phát triển từ rất sớm trong các hệ thống truyền tải điện Và đã sớm được công nhận là một trong những công nghệ phù hợp để phát điện, truyền tải và phân phối Tuy nhiên, các bộ truyền tải cao áp dòng xoay chiều có một số những nhược điểm mà qua đó tạo cơ hội công nghệ truyền tải điện một chiều phát triển

a Về vấn đề kỹ thuật:

- Các thành phần trở kháng và điện kháng trên các đường dây và cáp truyền tải xuất hiện trong hệ thống truyền tải xoay chiều làm thay đổi lượng công suất truyền tải và khả năng truyền tải của lưới bị thay đổi Còn với hệ thống truyền tải một chiều thì không bị giới hạn bởi khả năng này

- Một hệ thống truyền tải dòng một chiều cho phép truyền tải công suất giữa các lưới điện xoay chiều với cùng tần số hoặc các mạng khác nhau không thể đồng bộ vì một vài lý don

- Kết nối giữa 2 lưới điện hoặc nhiều lưới điện có cùng tần số như trong một

hệ thống mạng sẽ bị ảnh hưởng các vấn đề ngắn mạch và vấn đề về truyền tải các cấp công suất khác nhau

Ví dụ trong thực với một cáp nối dài trên 40km thì hệ thống đươc ứng dụng thiết thực nhất về mặt kỹ thuật trong trường hợp này chính là hệ thống HVDC bởi vì dòng nạp trên dây dẫn dòng xoay chiều là rất cao Do có lợi thế lớn nhất này nên dây dẫn một chiều sẽ là giải pháp duy nhất dùng để truyền tải trên biển hay trong các thành phố lớn

b Về vấn đề kinh tế:

Trong thực tế về truyền tải, trước khi đưa ra quyết định cuối cùng về việc chọn lựa giữ hệ thống HVDC hay HVAC thì cần có sự nghiên cứu tính khả thi của nó Như trong hình 1.1 (thảm khảo trong tài liệu Hay-High Voltage Direct Current Transmission - Proven Technology for Power Exchange) đưa ra đồ thị so sánh giá trị giữa hai bộ truyền dẫn dòng xoay chiều và một chiều Gồm 3 yếu tố: Chi phí các trạm đầu cuối, chi phí dây dẫn, giá trị tổn thất công suất

Như trên hình 1.1 ta thấy:

- Khoảng cách bộ truyền dẫn càng xa thì chi phí cho từng km dây dẫn của

hệ thống HVDC thấp hơn đáng kể chi phí của hệ thống HVAC

- Tổn thất công suất trên đường dây thấp hơn so với HVAC cùng điện áp

- Đường dây siêu cao áp một chiều không có công suất phản kháng, chỉ truyền tải công suất tác dụng nên không gặp các vấn đề về quá điện áp trên đường dây dài như hệ thống xoay chiều

Với những ưu điểm trên thì hệ thống HVDC đang dần thay thế nhanh chóng các

hệ thống HVAC Nhưng vì chính vì còn mới và đang trên đà phát triển nên hệ thống cũng có nhưng nhược điểm:

- Hệ thống HVDC hoạt động kém tín cậy hơn do hệ thống điều khiển rất phức tạp

- Chi phí cho các trạm biến đổi rất đắt và khả năng chịu quá tải kém hơn HVAC

- Ở một khoảng cách ngắn, tổn hao của trạm biến đổi cao hơn so với HVAC

- Giá của bộ biến đổi không thể được bù lại bởi tiết giảm giá xây dựng đường dây

- Hệ thống điều khiển cần rất nhiều bộ phận khác nhau, thường dành riêng cho một trạm, và chưa được tiêu chuẩn hóa như HVAC do công nghệ HVDC đang thay đổi nhanh chóng

c Vấn đề về môi trường

Hành lang tuyến của đường dây HVDC nhỏ hơn HVDC như hình 1.2: thiết kế cột điện gọn nhẹ hơn do chỉ có 2 dây dẫn như trong hình dưới thì với hành lang của cột điện tuyến đường dây DC cần nhỏ hơn hẳn cột điện tuyến đường dây AC trong cùng điện áp như hành lang truyền tải của hệ thống truyền tải một chiều loại 500kV thì chỉ cần 60m Con với hành lang truyền tải của hệ thống truyền tải xoay chiều thì cần 2

lộ loại 500kV trong vòng 100m Và ảnh hưởng của điện trường tĩnh đến sức khỏe con

người tương tự như từ trường trái đất và không cần được tính toán kỹ như đường dây xoay chiều nên hành lang tuyến của đường dây DC nhỏ gọn hơn AC, chi phí cho đền

bù, giải phóng mặt bằng thấp hơn

Hình 1.2 Cột điện giữa HVDC và HVAC Tuy nhiên trong thực tế, với một vài trường hợp khoảng cách ngắn thì ta vẫn sử dụng hệ thống HVDC chấp nhận tổn hao về kinh phí đầu tư lúc đầu để đổi lấy những giá trị mà nó mang lại về sau

Vào những năm 1920 – 1940 thì hệ thống truyền tải điện một chiều được điều khiển bằng van Hồ quang – thủy ngân, các van này cần một mạch hỗ trợ bên ngoài ép dòng điện bằng không do đó có thể cắt được van và hệ thống này vẫn được sử dụng cho tới năm 1972 Vào 15/3/1979, một thế thống HVDC sử dụng thyristor nỗi giữa Cabora Bassa and Johannesburg (1.410 km) được hoàn thành Các thiết bị sử dụng trong dự án được lắp đặt vào năm 1974 bới AEG, BBC và Siemens (là các đối tác dự án). Cải tiến nhất trong đó là sử dụng các van bán điều khiển Turn-On bằng xung điều khiển như là thyristor và sử dụng bộ biến đổi nguốn dòng (Current-Source Converter)

Ta có sơ đồ của hệ thống HVDC-Classic như hình 1.3:

Với sự ra đời của van thyristor, truyền tải điện HVDC trở nên hấp dẫn hơn Hệ thống HVDC đầu tiên sử dụng van thyristor thực hiện năm 1972 gồm nối kết back-to-back giữa các hệ thống New Brunkswick và Quebec của Canada Van thyristor trở thành phần tử chính của các trạm biến đổi Các thiết bị biến đổi ngày nay có kích thước nhỏ gọn và giá thành giảm, hay chính là các hệ thống HVDC-Classic

Và sự phát triển của hệ thống HVDC-Classic được thống kê theo tài liệu High Voltage Didrect Current Transmission của Siemens:

Hình 1.4 Ứng dụng của HVDC-Classic theo từng năm

Những ứng dụng thực tế của hệ thống HVDC-Classic tiêu biểu của Siemens là vào tháng 7/2007 dự án Neptune RTS với công suất truyền tải là 660MW nối 2 nơi là Sayreville, NJ và Long Island, NY

Hình 1.5 Dự án Neptune RTS

Tháng 3/2007 thì với dự án Ballia-Bhiwadi truyền tải công suất là 2500MW với tổng chiều dài là 800km nối 2 tỉnh Uttar Pradesh và Rajasthan

Tháng 6/2007 dự án BritNed với chiểu dài 260km công suất 1000MW nối 2 nơi

là Isle Of Grain và Maasvlakte

Hình 1.7 Dự án BritNed

Và dự án Cometa vào tháng 10/2007 một đường dây 2x200MW với chiều dài 250km nối Tây Ban Nha và Mallorca

Hình 1.8 Dự án Cometa

Nhưng chính vì sử dụng thyristor nên nó có nhược điểm là loại bán điều khiển tức là chỉ có thể điều khiển Turn-on bằng xung điều khiển và hầu hết các hệ thống HVDC-classic đều sử dụng bộ biến đổi nguồn dòng nên nó mang cả nhược điểm của

bộ biến đổi nguồn dòng

Và để khắc phục những nhược điểm của hệ thống HVDC-Classic thì đã cải tiến

và đưa ra đầu tiên hệ thống HVDC-Plus vào năm 1997 ở Tây Ban Nha với những ưu điểm là sử dụng van điều khiển hoàn toàn là IGBT có thể Turn-on và Turn-off bằng xung điều khiển và sử dụng bộ biến đổi nguồn áp Ưu điểm của bộ biến đổi nguồn áp:

sự trao đổi cả hai dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng được kiểm soát một cách độc lập, khả năng phản ứng tốt, linh hoạt theo với yêu cầu của lưới điện, hoạt động tin cậy ngay trong cả hệ thống cũ hay thụ động và khả năng bố trí trạm linh hoạt

và nhỏ gọn

Hệ thống HVDC-Plus có cấu tạo cơ bản giống với HVDC-Classic như hình 1.3 nhưng được thay bởi van IGBT và bộ biến đổi nguồn dòng Ưu điểm của hệ thống HVDC-Plus là nhỏ gọn hơn hệ thống cũ như hình 1.9:

Các dự án dùng hệ thống HVDC-Plus là vào tháng 9/2007 dự án Trans Bay Cable truyền tải công suất 400MW nối 2 thành phố là Pittsburg và San San Francisco

Hình 1.10 Dự án Trans Bay Cable Năn 2014, dự án INELFE, nối từ Baixas, Pháp tới Santa Llogaia, Tây Ban Nha với công suất là 2x1000MW

Hình 1.11 Dự án INELFE

Vào 2013 dự án Borwin 2 tại Diele, Đức tổng chiều dài là 200km với công suất truyền tải là 800MW

Hình 1.12 Dự án BorWin2

Các dự án này được chỉ ra trong hình 1.13:

Hình 1.13 Các dự án sử dụng hệ thống HVDC-Plus của Siemmens

Vào năm 2010, hệ thống HVDC-Plus dựa trên một kỹ thuật biến đổi đa mức được gọi là bộ biến đổi đa mức kiểu mô-đun (Modular Multilevel Converter - MMC) của Siemens đã lần đầu tiên được đưa vào sử dụng trong thực tế trong dự án truyền tải

điện Trans Bay Cable nối hai địa điểm và Vịnh phía Tây và thành phố San Francisco tại Mỹ như trong hình 1.14:

Hình 1.14 Dự án đầu tiên sử dụng hệ thống HVDC-Plus ứng dụng bộ biến đổi đa mức

MMC

Bộ biến đổi đa mức MMC như hình 1.15 được xây dựng từ các module thành phần đồng nhất nhưng lại có khả năng điều khiển độc lập được từng module Các module thành phần trong MMC có thể có cấu trúc nửa cầu, hoặc có cấu trúc cầu

Hình 1.15 Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi đa mức MMC

MMC là cấu trúc mở, có khả năng cho phép mở rộng Mức điện áp của MMC phụ thuộc vào số lượng của các mô-đun thành phần, thậm chí MMC có thể được sử dụng trong các hệ thống truyền tải điện năng cao áp Trong cấu trúc của MMC không thực hiện theo cách mắc nối tiếp một loạt các van bán dẫn với nhau, do đó có thể tránh được sự phức tạp trong quá trình điều khiển đồng bộ hóa các van Đồng thời lại có thể giảm tổn thất của bộ biến đổi xuống mức rất thấp Điều này có được là do tần số đóng cắt thấp trong mỗi mô-đun thành phần và điện áp trên các van trong mỗi mô-đun cũng

ở mức thấp Mỗi mô-đun thành phần sẽ thực hiện việc đóng cắt ở các thời điểm khác nhau do đó bộ biến đổi có thể đạt được hiệu suất cao cũng như làm giảm độ méo sóng hài

Với lượng công suất đủ lớn, khoảng cách truyền đủ xa truyền tải cao áp một chiều cao áp sẽ chiếm ưu thế về chi phí đầu tư và tổn thất truyền tải so với điện

áp xoay chiều 3 pha truyền thống

1.2 Các loại cấu hình chính của hệ thống HVDC

1.2.1 Sơ đồ mạch điện một chiều

Các dạng của bộ bộ biến đổi HVDC được phân biệt bằng sự sắp xếp các phần

tử một chiều của chúng Mạch biến đổi tương đương là một mạch điện một chiều được đơn giản hóa từ một cực của hệ thống truyền tải HVDC như hình 1.16 Sơ đồ dưới chỉ

ra là 2 hệ thống xoay chiều được nối với nhau qua bộ truyền tải một chiều

±

Hình 1.16 Sơ đồ mạch điện một chiều của hệ thống HVDC

1.2.2 Bộ biến đổi Back-to-Back

Đặc trưng của bộ biến đổi Back-to-Back như hình 1.17 là bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu được nằm trong cùng một trạm Theo sơ đồ dưới 2 hệ thống xoay chiều được nối với nhau qua van IGBT và qua bộ truyền tải điện một chiều

Hình 1.17 Sơ đồ bộ biến đổi Back-to-Back

Bộ biến đổi Back-to-Back được sử dụng phần lớn trong truyền tải điện năng giữa các lưới điện gần nhau mà không hòa đồng bộ được Chúng cũng được sử dụng trong cùng một lưới điện để đạt được một công suất nhất định

1.2.3 Truyền tải khoảng cách dài đơn cực

Để truyền tải điện với một khoảng cách rất xa trong thực thế Đường dây đơn lộ

là giải pháp khả thi nhất (dây trung tính nối đất hình 1.18)

Hệ thống điện AC

Hình 1.18 Sơ đồ truyền tải khoảng cách dài đơn cực nối đất

Trong nhiều trường hợp, cơ sở hạ tầng và môi trường không cho phép sử dụng các điện cực nối đất Nên phải sử dụng đường dây hai lộ như hình 1.19 mặc dù bị tăng tổn thất và chi phí

Hình 1.19 Sơ đồ truyền tải khoảng cách dài đơn cực có dây trung tính

1.2.4 Truyền tải khoảng cách dài lƣỡng cực

Cấu hình lưỡng cực là sự kết hợp điểm đất của hai cấu hình đơn cực polar) Hoạt động với một dòng điện không cân bằng rất nhỏ Cấu hình này được sử dụng khi công suất truyền tải lớn, vượt quá khả năng của cấu hình đơn cực

(mono-Trong quá trình bảo dưỡng, ta có thế cách li một bộ trong khi bộ kia vẫn có thể truyền tải một phần công suất ưu điểm chính khi sử dụng cấu hình lưỡng cực thay vì hai bộ cấu hình đơn cực là không cần thêm dây trung tính, tổn hảo, chi phí ít hơn…, tuy nhiên nhược điểm không có dây trung tính, các thiết bị đi kèm làm ảnh hưởng đến các bộ biến đổi

a) Cấu hình lưỡng cực với dây trung tính nối đất

Hình 1.20 Sơ đồ cấu hình lưỡng cực với dây trung tính nối đất

Cấu hình như trên hình 1.20 là cấu hình được sử dụng rộng rãi nhất trong truyền tải điện năng, được đánh giá cao với sự linh hoạt, ổn định khi xảy ra sự cố hoặc bảo trì

Hình 1.21 Sơ đồ cấu hình lưỡng cực làm việc đơn cực

Một nhánh truyền tải được cách ly trong khi điện năng vẫn được truyền đi bằng nhánh dưới như hình 1.21

b) Cấu hình lưỡng cực có dây trung tính

Khi các điện cực bị ảnh hưởng bởi môi trường, khoảng cách truyền tải ngắn ta

có thể dùng dây trung tính

Hệ thống điện AC Hệ thống điện AC

Hình 1.22 Sơ đồ cấu hình lưỡng cực có dây trung tính

1.3 Các bộ biến đổi thường dùng trong hệ thống HVDC

Trong bộ biến đổi của hệ thống HVDC-classic người ta sử dụng các van bán dẫn thyristor loại chỉ có khả năng là bán điều khiển Turn-on bằng xung điều khiển Với các hệ thống HVDC-Plus ngày nay thì người ta sử dụng các van bán dẫn điều khiển hoàn toàn tức là có thể Turn-on, Turn-off bằng xung điều khiển như IGBT

Trong các cấu hình của bộ biến đổi dùng thyristor hay IGBT thì cấu trúc bộ biến đổi sử dụng trong các hệ thống HVDC này thường sử dụng bộ biến đổi nguồn dòng (Current-Source Converter) hoặc bộ biến đổi nguồn áp (Voltage-Source Converter) Nhưng trong công nghiệp và trong các hệ thống truyền tải ngày nay thì bộ biến đổi nguồn áp được sử dụng nhiều hơn cả

Mô hình bộ biến đổi có thể là là mô hình bộ biến đổi 2 mức và đa mức Bộ biến đổi đa mức tăng chất lượng sóng hài đầu ra, có khả năng hoạt động với công suất, hiệu suất cao hơn nhiều so với bộ biến đổi hai mức

Các cấu trúc thường được sử dụng trong bộ biến đổi đa mức như sau:

- Cấu trúc dạng Diode kẹp NPC (Diode Clamped Multilevel Inverter)

- Cấu trúc dùng tụ điện thay đổi (Flying Capacitor Multilevel Inverter)

- Cấu trúc dạng ghép tầng kiểu mô-đun (MMC – Multilevel Modular Converter)

Nhưng bên cạnh ưu điểm đó thì nhược điểm của các bộ biến đổi đa mức là: Với bộ biến đổi cấu trúc dạng Diode kẹp NPC (Diode Clamped Multilevel Inverter) thì

có nhược điểm là số lượng diode lớn có một mối quan hệ phi tuyến giữa giá trị điện

áp khóa diode và số mức đầu ra điện áp, ngăn cản việc có thêm số mức điện áp Còn

bộ biến đổi dùng cấu trúc dùng tụ điện thay đổi (Flying Capacitor Multilevel Inverter)

có nhược điểm là điều khiển phức tạp, khởi tạo giá trị điện áp ban đầu cho các tụ khó khăn, hiệu suất thấp, các van hoạt động với một tần suất không đều nhau và số lượng

tụ nhiều làm tăng giá thành, cồng kềnh Dạng dùng cấu trúc ghép tầng cầu H (Cascaded H-bridge Converter) thì lại có nhược điểm là việc dùng nguồn DC riêng đòi hỏi cho mỗi mạch H-bridges, vì vậy ứng dụng của sản phẩm bị giới hạn khi mà có nhiều nguồn DC Ví vậy trong các bộ biến đổi nêu trên thì bộ biến đổi dùng cấu trúc dạng ghép tầng kiểu mô-đun (MMC – Multilevel Modular Converter) là thích hợp nhất để ứng dụng trong hệ thống HVDC hiện đại vì có các ưu điểm là khả năng hoạt động linh hoạt ở các dải công suất và điện áp khác nhau

Do những ưu điểm của cấu trúc dạng ghép tầng kiểu mô-đun (MMC – Multilevel Modular Converter) như trong hình 1.15 là cấu tạo đơn giản có thể hoạt động như một nguồn áp có điều khiển với một số lượng lớn các mức điện áp có thể cung cấp cho đầu ra Đồng thời, MMC cũng làm giảm đáng kể các sóng hài bậc cao và không sử dụng máy biến áp Và khi phân tích kỹ số linh kiện như trong bảng 1.1 thì ta thấy: số công tắc IGBT và số diode mắc đối song được sử dụng trong mỗi dạng nghịch lưu cùng bậc là như nhau Diode kẹp thì không cần trong dạng tụ thay đổi, dạng cascade inverter và dạng module Mặt khác dạng cấu trúc ghép tầng và tụ thay đổi cần nhiều nguồn một chiều riêng nên hệ thống khá cồng kềnh, còn dạng module thì chỉ một nguồn một chiều duy nhất Do đó, bộ nghịch lưu đa mức dạng module được sử dụng rộng rãi trên thế giới

Bảng 1.1 So sánh số linh kiện trong một pha của 4 dạng nghịch lưu trên

Cấu hình

Nghịch lưu

Diode kẹp NPC

Tụ thay đổi Cascade

inverter

Cấu trúc module Công tắc

- Hoạt động đáng tin cậy, có thể thay thế các SM mới ngay khi SM cũ bị lỗi

- Hiệu suất cao Do tần số đóng cắt thấp của mỗi SM

- Giảm số thiết bị đi theo, do cuộn cảm bé hoặc thậm chí không sử dụng cuộn cảm, loại bỏ được tụ lọc một chiều rất to và cồng kềnh

- Không sử dụng máy biến áp

Do có khả năng hoạt động với điện áp cao, hiệu suất cao, dễ dàng lắp đặt, hoạt động đáng tin cậy, ít sóng hài ở đầu ra MMC rất thích hợp để trở thành một cấu trúc trong các bộ biến đổi ứng dụng trong hệ thống HVDC hiện đại

1.4 Nhiệm vụ của luận văn

Nhiệm vụ của luận văn là nghiên cứu hệ thống truyền tải điện một chiều HVDC-Plus sử dụng bộ biến đổi cấu trúc MMC:

- Trong luận văn này nghiên cứu nguyên lý hoạt động hệ thống truyền tải

- Mô hình hóa, tính toán thông số của bộ điều khiển trong của hệ thống HVDC sử dụng cấu trúc MMC

- Mô phỏng BBĐ sử dụng cấu trúc MMC làm việc chế độ nghịch lưu trên PSCAD/EMTDC

Và nội dung của luận văn gồm 5 chương:

Chương 1 giới thiệu tổng quan về tổng quan về hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều với các cấu hình khác nhau Một số hệ thống HVDC đã được triển khai trong thực tế cũng được trình bày trong chương này Sự phân tích so sánh về ưu nhược điểm của các hệ thống truyền tải HVDC thông thường trong chương này đã cho thấy được ưu điểm nổi bật của hệ thống HVDC-Plus của hãng Siemen

Chương 2 của luận văn đi sâu vào tìm hiểu cấu tạo mạch lực, nguyên lý hoạt động cũng như phương pháp điều khiển của bộ biến đổi cấu trúc module MMC sử dụng trong hệ thống HVDC-Plus

Chương 3 của luận văn đưa ra sơ đồ cấu trúc mạch lực cụ thể của hệ thống HVDC-Plus công suất 400 MW sử dụng hệ thống bộ biến đổi công suất MMC Trong chương này, các thông số của mạch lực được tính toán để kiểm nghiệm lại hệ thống một cách chi tiết

Chương 4 tiến hành mô hình hóa bộ và xây dựng cấu trúc điều khiển cho hệ thống bộ biến đổi MMC Các mạch vòng điều khiển điện áp, dòng điện và công suất được xây dựng và tính toán lựa chọn thông số bộ điều khiển để phục vụ cho việc mô phỏng và kiểm nghiệm hệ thống ở chương sau

Chương 5 thực hiện việc mô phỏng hệ thống HVDC-Plus sử dụng bộ biến đổi công suất MMC Các thông số và điều kiện mô phỏng được tính toán và trình bày trong chương này Các kết quả mô phỏng thu được từ phần mềm PSCAD được kiểm nghiệm với các tính toán lý thuyết trong các chương trước

CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

MODULE MMC

2.1 Mô tả cấu trúc bộ biến đổi đa mức Modular Multilevel Converter (MMC)

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát cấu trúc MMC

Hình 2.2.Các dạng cấu trúc của SM (Cell)

Cấu trúc MMC như hình 2.1 theo tài liệu [5], [16] được tạo nên bởi cách ghép nối các phần tử giống nhau vào với nhau, goi là submodule hay Cells, mỗi SM là một thành phần cơ bản của MMC, các SM nối tiếp nhau trong một pha được goi là leg Mỗi pha (leg) được chia thành nhánh van trên (upper arm) và nhánh van dưới (lower arm), mỗi SM trên mỗi nhánh van là bằng nhau Điện áp xoay chiều đâu ra được lấy ở điểm giữa các nhánh van Do các tụ trên một pha dùng chung một nguồn DC cho nên không cân lắp thêm tụ lọc một chiều ở đầu vào, các cuộn kháng lọc (Larm) cũng được đưa vào để lọc sóng hài bậc cao của dòng điện Mỗi cấu trúc của SM khác nhau sẽ có ứng dụng khác nhau như STATCOM, HVDC, BTB…Tuy nhiên, nếu tăng thêm thành

phần trong mỗi SM thì khả năng giữ cân bằng cho tụ càng khó Theo như thực nghiệm, đánh giá khả năng cân bằng, tổn hao đóng cắt thì cấu trúc nữa cầu (Half-Bridge) được coi là tối ưu nhất để đưa vào mỗi SM khi yêu cầu khả năng truyền tải công suất theo hai chiều

Ở dự án này, cấu trúc mà Siemens sử dụng là cấu trúc nửa cầu (HB), cấu tạo lưỡng chiều bởi 2 hai van bán dẫn và một diode đấu song song ngược, và một tụ điện đóng vai trò như một nguồn nuôi một chiều (hình 2.2) Các thiết bị chuyển mạch thực hiện việc chèn các SM vào nhánh van, trong khi các diode song song ngược đảm bảo dòng điện luôn được liên tục

Do các SM là giống nhau, nên nguyên lý điều khiển MMC có thể coi là điều khiển mỗi SM Mỗi SM có hai trạng thái, phụ thuộc vào sự đóng cắt trên 2 van bán dẫn, khi S1_ON và S2_OFF, SM được chèn vào nhánh van Điện áp tại đầu của SM VSM = Vc khi S1_OFF và S2_ON thì SM được đưa vào trạng thái by-pass, VSM = 0 Các SM phải được hoạt động sao cho không để tụ bị ngắn mạch Bằng cách điều chỉnh các SM được chèn vào hay nối tắt, ta sẽ thu được một điện áp dạng bậc thang ở đâu ra

Bộ biến đổi nửa cầu (Hafl brigde Cell):

Hafl brigde Cell hay còn gọi là chopper-cell bao gồm 2 IGBT và tụ điện một chiều

Hình 2.3 Cấu trúc Half-brigde Cell

C T1

T2 Vx

Dạng nửa cầu chỉ có thể tạo ra điện áp 0 và điện áp dương, được sử dụng khi MMC kết nối với hệ thống điện một chiều, trong khi đó dạng cầu tạo ra được điện 0, điện áp dương và điện áp âm được sử dụng khi MMC kết nối hoặc với hệ thống xoay chiều hoặc một chiều Một nhược điểm của dạng cầu so với dạng nửa cầu là số lượng thiết bị lớn Các dạng Cell một chiều như hình (c) được đề xuất để giảm số lượng thiết

bị nhưng trạng thái chuyển mạch bị hạn chế Hiệu quả của các Cell có thể được nâng cao, thay thế các cell tiêu chuẩn bằng cấu trúc đa mức như kiểu tụ bay hay diode kẹp được thể hiện ở hình (d) và (e)

Với cấu trúc nửa cầu, mỗi module có khả năng cung cấp điện áp đầu ra ở hai mức là +VDC hoặc 0 V; với cấu trúc cầu, mỗi module có thể cung cấp ba mức điện áp đẩu ra là +VDC, 0, và –VDC Điều đó có nghĩa là bộ biến đổi có thể hoạt động như một nguồn áp có điều khiển với một số lượng lớn các mức điện áp có thể cung cấp cho đầu

ra Đồng thời, MMC cũng làm giảm đáng kể các sóng hài bậc cao Sự khác biệt trong mỗi module phụ được sử dụng trong MMC phụ thuộc vào ứng dụng (STATCOM, HVDC, BTB) Sự khác nhau trong cấu trúc mỗi cell làm mức điện áp có thể khác nhau tại các đầu của module phụ Tuy nhiên với sự gia tăng số lượng module phụ, việc cân bằng tụ trở nên phức tạp Theo nghiên cứu tính toán cân bằng tụ và tổn thất đóng cắt thì cấu trúc nửa cầu là thích hợp nhất

Trong luận văn này, cấu trúc nửa cầu sẽ được đề cập với 2 khóa đóng cắt 2 chiều cùng với các diode và tụ một chiều Tụ điện hoạt động như một bộ đệm năng lượng hay nguồn điện áp

Chiều của dòng điện trong mỗi SM sẽ quyết định trạng thái làm việc của tụ (nạp hay phóng) theo tài liệu [5], hình 2.4 biểu diễn các trường hợp dòng điện chảy trong SM

Hình 2.4 Dòng điện chảy trong SM theo mỗi trạng thái đóng cắt của van và tụ

Trong bảng 2.1, đầu ra điện áp của mỗi SM và trạng thái của tụ phụ thuộc vào trạng thái đóng cắt và chiều của dòng điện chảy trong nhánh

Bảng 2.1.Trạng thái làm việc của một SM

Trạng thái

van

Điện áp ra của SM

Khi IGBT1 off, IGBT2 on Kể cả dòng điện i> 0 hay i< 0 thì điện áp đầu ra của

SM cũng là giá trị VX = 0 do dòng điện đi vào từ nhánh dương của SM đi qua IGBT2

on và ra ngoài (i> 0) hay dòng điện đi vào từ nhánh âm của SM, đi qua điốt D2 và ra ngoài(i< 0) Như vậy, trong trường hợp này điện áp từ nguồn hay từ tải đều đã bị ngắn mạch qua tụ điện, điều này khiến cho giá trị điện áp đầu ra của bộ biến đổi luôn có giá trị VX = 0

- Hoạt động đáng tin cậy, có thể thay thế các SM mới ngay khi SM cũ bị lỗi

- Hiệu suất cao do tần số đóng cắt thấp của mỗi SM

- Giảm số thiết bị đi theo, do cuộn cảm bé hoặc thậm chí không sử dụng cuộn cảm, loại bỏ được tụ lọc một chiều rất to và cồng kềnh

Do có khả năng hoạt động với điện áp cao, hiệu suất cao, dễ dàng lắp đặt, hoạt động đáng tin cậy, ít sóng hài ở đầu ra MMC rất thích hợp để trở thành một cấu trúc trong các BBĐ ứng dụng trong hệ thống HVDC hiện đại

2.2 Các phương pháp điều chế trong MMC

Khái niệm điều chế độ rộng với sóng mang là việc so sánh một tín hiệu điều chế mẫu với sóng mang hình tam giác có tần số cao Sóng mang có thể có dạng sóng một hoặc hai chu kỳ thời điểm chuyển mạch được xác định bởi các giao điểm của tín hiệu điều chế và tín hiệu sóng mang

Hình 2.5 Sơ đồ kỹ thuật điều chế PWM Theo như sơ đồ được lấy trong tài liệu [5] và [16] thì ta có các ký thuật điều chế

độ rộng xung Trong đó có kỹ thuật thường được sử dụng nhất là kỹ thuật điều chế độ rộng xung kiểu sóng mang PWM Carriers (pulse-width modulation carriers) vì nhớ những ưu điểm của nó Trong phương pháp PWM Carriers thì có 2 phương pháp đó là phương pháp dịch mức sóng mang CD-PWM (Carrier-disposition PWM) và phương pháp dịch pha sóng mang (Sub-harmonic PWM)

2.2.1 Phương pháp dịch mức sóng mang (CD-PWM)

Phương pháp dịch mức sóng mang khác với phương pháp dịch pha sóng mang

là cách bố trí các sóng mang Phương pháp này bố trí sóng mang đặt dọc nhau từ thấp lên cao

Hệ số biến điệu biên độma :

*

*( 1)

m a

cr

V m

Dựa vào cách bố trí sóng mang, phương pháp này có 3 loại là:

- Sóng mang bố trí cùng pha

Cách bố trí các sóng mang cùng pha có hình dáng giống như là một sóng mang duy nhất được nhân lên và bố trí dọc khắp toàn dải điện áp Sự khác nhau giữa hai sóng mang là độ lệch mức điện áp

Hình 2.6 Sóng mang bố trí cùng pha

- Sóng mang bố trí ngược pha

Phương pháp bố trí ngược pha : sử dụng hai loại sóng mang, một cho các mức điện áp dương và một cho các mức điện áp âm Trong đó, các sóng mang sử dụng cho các mức điện áp âm được dịch pha đi 180 độ so với các sòng mang sử dụng cho các mức điện áp dương

Hình 2.7 Sóng mang bố trí ngược pha

- Sóng mang bố trí ngược pha xen kẽ

Phương pháp bố trí ngược pha xen kẽ sử dụng hai loại sóng mang biến thiên ở ngay mức điện áp và pha ban đầu Hai loại sóng mang này sau đó được nhân lên để phủ kín toàn dải điện áp

Hình 2.8 Sóng mang bố trí ngược pha xen kẽ

2.2.2 Phương pháp Sub-harmonic PWM

a Phương pháp dịch pha sóng mang (Phase-shifted carrier PWM)

Phương pháp biến điệu dịch pha nhiều sóng mang được phát triển từ phương pháp biến điệu độ rộng xung đơn cực Trong đó, quan hệ giữa số lượng sóng mang và

số mức điện áp là: n m 1 với n là số lượng sóng mang, m là số mức điện áp

Các sóng mang phải có cùng tần số cũng như khoảng cách giữa hai đỉnh liên tiếp phải bằng nhau Góc lệch pha giữa hai sóng mang được cho bởi công thức:

360 1

f m f

*

*

m a cr

V m V

với m là hệ số điều chế tần số, f fcrlà tần số sóng mang, f mlà tần số sóng Sin chuẩn,

a

m là hệ số biến điệu biên độ, V là biên độ sóng Sin chuẩn, m* V cr* là biên độ sóng

mang

Trong phương pháp điều chế dịch pha sóng mang thì tần số đóng cắt của thiết

bị phải bằng với tần số sóng mang : fsw  f cr Do vậy, điện áp pha có dạng sóng m

mức và điện áp dây có dạng sóng (2m-1) mức

Hình 2.9 Phương pháp dịch pha sóng mang

b Phương pháp răng cưa (Saw-tooth)

Trong kỹ thuật này cần 2N sóng mang mỗi pha, hoặc dạng sóng răng cưa hoặc

dạng sóng tam giác với độ dịch pha là được biểu diễn trong hình 2.10 và

2.11 Giả sử cùng số lượng đóng cắt giữa hai kỹ thuật PD PWM và Subharmonic thì

đầu ra của PD PWM có độ méo tổng tốt hơn

Hình 2.10 Sóng mang hình răng cưa

Hình 2.11 Sóng mang hình tam giác

Nhận xét:

Thiết kế mô đun giúp MMC có tính linh hoạt cao trong việc thiết kế trạm biến đổi như là dễ thay thế khi bị hỏng hóc và cũng dễ dàng nâng cấp Với bộ biến đổi kiểu MMC có khả năng tạo điện áp đầu ra gần với hình sin lý tưởng phía xoay chiều và một điện áp một chiều tương đối mịn, vì vậy có rất ít yêu cầu về bộ lọc sóng hài Và qua những ưu điểm trên thì bộ biến đổi MMC được sử dụng rộng rãi trong hệ thống truyền tải HVDC Plus