Luận Văn Thạc Sĩ HCMUTE Về Kỹ Thuật Điều Khiển Vector Cho Bộ Nghịch Lưu Áp Đa Bậc

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích hcmute kỹ thuật điều khiển vector cho bộ nghịch lưu áp đa bậc kỹ thuật điều khiển vector cho bộ, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Trần Dũng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Nhờ
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Thiết Bị Mạng Và Nhà Máy Điện
• Đề tài: Kỹ Thuật Điều Khiển Vector Cho Bộ Nghịch Lưu Áp Đa Bậc
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC VÀ CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ NÓI CHUNG
• 1.1. TỔNG QUAN
• 1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ CẤU TRÚC CỦA BỘ NGHỊCH LƯU
• 1.2.1. Giới thiệu về bộ nghịch lưu nói chung
• 1.2.2. Một số cấu trúc cơ bản của mạch động lực trong bộ nghịch lưu đa bậc
• 1.2.2.1. Cấu trúc nghịch lưu dạng Cascade (cascade inverter)
• 1.2.2.2. Cấu trúc nghịch lưu chứa cặp diode kẹp (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter – NPC)
• 1.2.2.3. Cấu trúc nghịch lưu dùng tụ kẹp (Capacitor-Clamped Multilevel Inverter)
• 1.3. CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ NÓI CHUNG
• 1.3.1. Quy trình đóng ngắt của các linh kiện công suất trong bộ nghịch lưu đa bậc
• 1.3.2. Phân loại các kỹ thuật điều chế nói chung
• 1.3.3. Một số chỉ tiêu để đánh giá kỹ thuật PWM của bộ nghịch lưu
• 2. CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CÁC KỸ THUẬT PWM
• 2.1. KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ DÙNG SÓNG MANG
• 2.1.1. Các dạng sóng sóng mang dùng trong kỹ thuật điều chế PWM
• 2.1.2. Mô phỏng và phân tích bộ nghịch lưu ba bậc
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP TRIỆT TIÊU SÓNG HARMONIC CHỌN LỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN
• 2.2.1. Vector không gian của bộ nghịch lưu đa bậc
• 2.2.2. Một số nhận xét về phương pháp và kỹ thuật của CPWM, SVPWM, SHE
• 3. CHƯƠNG III: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR (SVC) VÀ CẢI TIẾN KỸ THUẬT SVC
• 3.1. Kỹ thuật điều khiển vector (SVC: Space Vector Control)
• 3.2. Kỹ thuật SVC cải tiến theo hướng đề xuất của đề tài
• 3.2.1. Xây dựng mô hình toán học
• 3.2.2. Các hàm toán học dựa trên mô tả tổng quan của hai phương pháp SVPWM và CPWM
• 3.2.2.1. Định nghĩa hàm Max, Mid, Min, Integer
• 3.2.2.2. Khoái hàm Offset cực trị (Extreme Offset)
• 3.2.2.3. Hàm S để xác định K1, K2, K3
• 3.3. Giải thuật theo phương pháp đề xuất
• 3.4. Viết chương trình cho các khoái trong giải thuật trên
• 3.4.1. Chương trình cho khoái tìm cực trị
• 3.4.2. Chương trình cho khoái logic bao gồm hàm fmax, và fmin
• 3.4.3. Hàm S được thiết lập trực tiếp bằng logic trên PSIM
• 3.4.4. Các hàm của Pa10, Pb10, Pc10 được thiết lập trực tiếp bằng logic trên PSIM
• 3.4.5. Chương trình của khoái chính được viết chương trình trên phần mềm C++ sau đó đưa vào khoái DLL
• 3.5. SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 3.5.1. Sơ đồ mạch mô phỏng
• 3.5.2. Mạch mô phỏng bộ nghịch lưu ba bậc
• 3.5.3. Kết quả mô phỏng
• 3.5.4. Phân tích và nhận xét về tính ưu việt của bộ nghịch lưu đa bậc
• 3.5.5. Phân tích kết quả mô phỏng giữa tần số điều chế m và tổng méo hài THD trên các pha của bộ nghịch lưu 5 bậc dùng cấu trúc diode kẹp
• 3.5.6. Mô phỏng bộ nghịch lưu 5 bậc với tải là động cơ
• 3.5.7. Dạng sóng Vf mô phỏng ở hình
• 3.5.8. Nhận xét về kết quả mô phỏng ở mục 3.1
• 4. PHẦN C: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bộ nghịch lưu áp đa bậc và các kỹ thuật điều chế nói chung

Bộ nghịch lưu áp đa bậc là một trong những công nghệ quan trọng trong lĩnh vực điện tử công suất. Nó có khả năng chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều với nhiều mức độ khác nhau. Việc nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật điều chế cho bộ nghịch lưu áp đa bậc là cần thiết để cải thiện hiệu suất và chất lượng điện năng. Các kỹ thuật điều chế như PWM, SVC, và SHE đã được áp dụng rộng rãi. Theo nghiên cứu, các kỹ thuật này giúp giảm thiểu độ méo hài (THD) và tăng cường hiệu suất hoạt động của hệ thống. Đặc biệt, kỹ thuật điều khiển vector (SVC) đã cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội trong việc điều khiển các bộ nghịch lưu áp đa bậc, giúp tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng.

1.1 Tính cần thiết phải nghiên cứu kỹ thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu áp đa bậc

Trong những năm gần đây, bộ nghịch lưu áp đa bậc đã được sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực như điều khiển động cơ AC, nguồn dự trữ AC (UPS), và các ứng dụng năng lượng tái tạo. Việc nghiên cứu kỹ thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu áp đa bậc không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu các vấn đề liên quan đến chất lượng điện năng. Kỹ thuật điều khiển vector, với khả năng điều chỉnh linh hoạt và chính xác, đã trở thành một trong những giải pháp tối ưu cho các hệ thống này. Theo các chuyên gia, việc áp dụng kỹ thuật điều khiển vector sẽ giúp giảm thiểu tổn hao năng lượng và nâng cao độ tin cậy của hệ thống.

1.2 Một số cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa bậc

Bộ nghịch lưu áp đa bậc có nhiều cấu trúc khác nhau, trong đó phổ biến nhất là cấu trúc cascade, cấu trúc diode clamped và cấu trúc capacitor clamped. Mỗi cấu trúc có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Cấu trúc cascade cho phép sử dụng nhiều nguồn DC riêng biệt, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu điện áp cao. Cấu trúc diode clamped giúp giảm thiểu độ phức tạp trong điều khiển và tăng cường độ tin cậy. Trong khi đó, cấu trúc capacitor clamped cho phép giảm thiểu độ biến thiên điện áp trên các linh kiện, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động. Việc lựa chọn cấu trúc phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.

II. Phân tích các kỹ thuật PWM

Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) là một trong những phương pháp phổ biến nhất trong điều khiển bộ nghịch lưu. PWM cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra bằng cách thay đổi độ rộng của các xung điều khiển. Có nhiều loại PWM khác nhau, bao gồm PWM điều chế sóng mang, PWM vector không gian và SHE. Mỗi loại PWM có những ưu điểm riêng, nhưng đều hướng đến mục tiêu giảm thiểu độ méo hài và cải thiện hiệu suất. Theo nghiên cứu, PWM điều chế sóng mang giúp giảm thiểu tổn hao năng lượng và cải thiện chất lượng điện năng. Trong khi đó, PWM vector không gian cho phép điều khiển chính xác hơn và linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh điện áp đầu ra.

2.1 Kỹ thuật điều chế sử dụng sóng mang

Kỹ thuật điều chế sóng mang (Carrier-based PWM) là phương pháp phổ biến nhất trong điều khiển bộ nghịch lưu. Phương pháp này sử dụng một sóng mang để điều chế độ rộng xung, từ đó tạo ra các xung điều khiển cho bộ nghịch lưu. Theo nghiên cứu, kỹ thuật này giúp giảm thiểu độ méo hài và cải thiện hiệu suất hoạt động của hệ thống. Việc áp dụng kỹ thuật này trong các bộ nghịch lưu áp đa bậc đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng.

2.2 Kỹ thuật điều chế vector không gian

Kỹ thuật điều chế vector không gian (Space Vector PWM) là một phương pháp tiên tiến hơn, cho phép điều khiển chính xác hơn và linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh điện áp đầu ra. Phương pháp này sử dụng các vector điện áp để tạo ra các xung điều khiển cho bộ nghịch lưu. Theo các chuyên gia, việc áp dụng kỹ thuật này giúp giảm thiểu tổn hao năng lượng và nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống. Kỹ thuật điều chế vector không gian đã được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và năng lượng tái tạo.

III. Kỹ thuật điều khiển vector SVC và cải tiến kỹ thuật SVC

Kỹ thuật điều khiển vector (SVC) là một trong những phương pháp điều khiển tiên tiến nhất hiện nay. SVC cho phép điều khiển chính xác và linh hoạt các bộ nghịch lưu áp đa bậc, từ đó tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng. Việc áp dụng SVC trong các bộ nghịch lưu đã cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội, bao gồm giảm thiểu độ méo hài, tăng cường hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Theo nghiên cứu, SVC có khả năng điều chỉnh điện áp đầu ra một cách linh hoạt, giúp cải thiện chất lượng điện năng và giảm thiểu tổn hao năng lượng.

3.1 Kỹ thuật điều khiển vector SVC

Kỹ thuật điều khiển vector (SVC) là một phương pháp điều khiển tiên tiến, cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu một cách chính xác và linh hoạt. SVC sử dụng các vector điện áp để tạo ra các xung điều khiển cho bộ nghịch lưu, từ đó tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng. Theo các chuyên gia, việc áp dụng SVC giúp giảm thiểu tổn hao năng lượng và nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống. Kỹ thuật này đã được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và năng lượng tái tạo.

3.2 Cải tiến kỹ thuật SVC theo hướng đề xuất của đề tài

Cải tiến kỹ thuật SVC theo hướng đề xuất của đề tài nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Việc áp dụng các thuật toán tối ưu hóa trong điều khiển SVC sẽ giúp cải thiện chất lượng điện năng và giảm thiểu tổn hao năng lượng. Theo nghiên cứu, việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa trong SVC đã cho thấy nhiều kết quả khả quan, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của bộ nghịch lưu áp đa bậc.

IV. Kết luận và hướng phát triển đề tài

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy kỹ thuật điều khiển vector cho bộ nghịch lưu áp đa bậc là một giải pháp hiệu quả trong việc tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng. Việc áp dụng các kỹ thuật điều chế tiên tiến như PWM và SVC đã giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và chất lượng điện năng. Hướng phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các thuật toán tối ưu hóa mới, nhằm nâng cao hơn nữa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Theo các chuyên gia, việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng công nghiệp và năng lượng tái tạo.

4.1 Đề xuất theo hướng phát triển của đề tài

Đề xuất theo hướng phát triển của đề tài bao gồm việc nghiên cứu và phát triển các thuật toán tối ưu hóa mới cho kỹ thuật điều khiển vector. Việc áp dụng các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy trong điều khiển bộ nghịch lưu có thể giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Theo các chuyên gia, việc kết hợp các công nghệ mới với các kỹ thuật điều khiển hiện có sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho các ứng dụng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo và công nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển công nghiệp điện hiện đại, bộ nghịch lưu áp đa bậc đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều ba pha với chất lượng cao và công suất lớn. Theo ước tính, các hệ thống sử dụng bộ nghịch lưu đa bậc có thể đạt công suất từ vài MW trở lên, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các nhà máy điện và thiết bị mạng điện. Tuy nhiên, việc điều khiển bộ nghịch lưu đa bậc gặp nhiều thách thức do cấu trúc phức tạp và yêu cầu cao về chất lượng điện áp đầu ra, giảm thiểu sóng hài và tổn hao công suất.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu kỹ thuật điều khiển vector cho bộ nghịch lưu áp đa bậc, nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động và chất lượng điện áp đầu ra. Mục tiêu cụ thể là phát triển và cải tiến thuật toán điều khiển vector dựa trên sự kết hợp giữa kỹ thuật điều khiển vector không gian (SVPWM) và kỹ thuật điều khiển dựa trên sóng mang (CPWM), đồng thời xây dựng mô hình toán học toàn diện và mô phỏng bằng phần mềm PSIM và C++ để đánh giá hiệu quả.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào bộ nghịch lưu áp ba bậc và năm bậc, áp dụng trong các hệ thống điện công nghiệp tại Việt Nam, đặc biệt là các nhà máy điện và thiết bị mạng điện tại thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn từ năm 2005. Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc giảm thiểu tổn hao công suất, giảm sóng hài bậc cao, tăng tuổi thọ động cơ và nâng cao độ ổn định của hệ thống điện, góp phần thúc đẩy phát triển công nghệ điện năng sạch và hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: kỹ thuật điều khiển vector không gian (Space Vector Pulse Width Modulation - SVPWM) và kỹ thuật điều khiển dựa trên sóng mang (Carrier-based PWM - CPWM). SVPWM là phương pháp điều khiển dựa trên lý thuyết vector không gian, cho phép biểu diễn điện áp ba pha dưới dạng vector quay trong mặt phẳng tọa độ vuông góc, giúp tối ưu hóa việc điều khiển điện áp đầu ra và giảm tổn hao chuyển mạch. CPWM sử dụng các sóng mang tam giác để điều khiển các linh kiện công suất, tạo ra các xung kích thích phù hợp nhằm giảm sóng hài và tăng hiệu suất.

Ngoài ra, luận văn còn áp dụng kỹ thuật loại bỏ sóng hài chọn lọc (Selective Harmonic Elimination - SHE) để triệt tiêu các thành phần sóng hài không mong muốn, nâng cao chất lượng điện áp đầu ra. Các khái niệm chính bao gồm: vector không gian điện áp, sóng mang tam giác, sóng hài bậc cao, điều khiển vector, và mô hình toán học bộ nghịch lưu đa bậc.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm số liệu thực nghiệm từ các mô hình bộ nghịch lưu áp ba bậc và năm bậc, cùng với kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM và lập trình C++. Cỡ mẫu mô phỏng gồm các cấu hình bộ nghịch lưu với số bậc khác nhau, được lựa chọn dựa trên tiêu chí đại diện cho các ứng dụng công nghiệp phổ biến.

Phương pháp phân tích sử dụng kết hợp mô hình toán học, phân tích Fourier để đánh giá sóng hài, và phân tích hiệu suất tổn hao công suất. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2005, bao gồm các giai đoạn: khảo sát lý thuyết, xây dựng mô hình, lập trình mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất cải tiến.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả điều khiển vector không gian (SVC) nâng cao chất lượng điện áp đầu ra: Mô hình điều khiển vector cho bộ nghịch lưu năm bậc cho thấy giảm tổng méo hài (THD) xuống còn khoảng 5%, thấp hơn 15% so với bộ nghịch lưu ba bậc sử dụng kỹ thuật CPWM truyền thống.

2. Giảm tổn hao công suất chuyển mạch: Kỹ thuật điều khiển vector cải tiến giúp giảm số lần chuyển mạch linh kiện trong mỗi chu kỳ điều khiển khoảng 20%, từ đó giảm tổn hao công suất và tăng tuổi thọ thiết bị.

3. Giảm hiện tượng điện áp common-mode: Bộ nghịch lưu đa bậc với điều khiển vector giảm điện áp common-mode xuống còn khoảng 0.57 lần so với bộ nghịch lưu hai bậc, giúp giảm rung động và tiếng ồn trong động cơ.

4. Mô phỏng PSIM và C++ xác nhận tính khả thi: Kết quả mô phỏng cho thấy điện áp đầu ra ổn định, dạng sóng gần sin với biên độ điều khiển chính xác, đồng thời các hàm toán học và thuật toán điều khiển được thực thi hiệu quả, phù hợp với yêu cầu công nghiệp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả tích cực trên là do kỹ thuật điều khiển vector tận dụng được sự kết hợp giữa lý thuyết vector không gian và sóng mang tam giác, giúp tối ưu hóa quá trình kích hoạt linh kiện công suất. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào CPWM hoặc SVPWM riêng lẻ, nghiên cứu này đã phát triển một thuật toán điều khiển vector cải tiến, giảm thiểu các nhược điểm như sóng hài bậc cao và tổn hao chuyển mạch.

Việc giảm điện áp common-mode góp phần làm tăng tuổi thọ động cơ và giảm tiếng ồn, điều này phù hợp với các báo cáo ngành về tác động của điện áp common-mode đến thiết bị điện. Kết quả mô phỏng cũng cho thấy sự phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật về chất lượng điện áp và hiệu suất năng lượng trong công nghiệp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ THD so sánh giữa các kỹ thuật điều khiển, bảng số liệu tổn hao công suất và tần suất chuyển mạch, cũng như đồ thị dạng sóng điện áp đầu ra mô phỏng trên PSIM.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai kỹ thuật điều khiển vector cải tiến trong các bộ nghịch lưu đa bậc công nghiệp: Động từ hành động là "ứng dụng", mục tiêu giảm THD xuống dưới 5%, thời gian thực hiện trong vòng 12 tháng, chủ thể thực hiện là các nhà máy điện và đơn vị sản xuất thiết bị điện.

2. Phát triển phần mềm mô phỏng và điều khiển tích hợp: Động từ "phát triển", nhằm nâng cao khả năng mô phỏng và tối ưu thuật toán, thời gian 6 tháng, chủ thể là các viện nghiên cứu và trường đại học kỹ thuật.

3. Đào tạo kỹ thuật viên và kỹ sư vận hành: Động từ "đào tạo", mục tiêu nâng cao năng lực vận hành bộ nghịch lưu đa bậc với kỹ thuật điều khiển vector, thời gian 3 tháng, chủ thể là các trung tâm đào tạo kỹ thuật và doanh nghiệp điện lực.

4. Nghiên cứu mở rộng áp dụng cho bộ nghịch lưu nhiều bậc hơn: Động từ "nghiên cứu", nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng cho các bộ nghịch lưu 7 bậc trở lên, thời gian 18 tháng, chủ thể là các nhóm nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực thiết bị mạng và nhà máy điện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế và vận hành hệ thống điện: Giúp hiểu rõ về kỹ thuật điều khiển vector, cải thiện hiệu suất và độ bền của bộ nghịch lưu trong thực tế vận hành.

2. Nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực điện công nghiệp: Cung cấp cơ sở lý thuyết và mô hình toán học chi tiết để phát triển các nghiên cứu tiếp theo.

3. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị điện và bộ nghịch lưu: Hỗ trợ trong việc cải tiến sản phẩm, nâng cao chất lượng và giảm chi phí bảo trì.

4. Sinh viên kỹ thuật chuyên ngành thiết bị mạng và nhà máy điện: Là tài liệu tham khảo học thuật sâu sắc, giúp nâng cao kiến thức chuyên môn và kỹ năng thực hành.

Câu hỏi thường gặp

1. Kỹ thuật điều khiển vector là gì và có ưu điểm gì so với các kỹ thuật khác?
   Kỹ thuật điều khiển vector dựa trên lý thuyết vector không gian, cho phép điều khiển điện áp đầu ra chính xác và giảm sóng hài. Ưu điểm là giảm tổn hao công suất và tăng chất lượng điện áp so với CPWM hay SHE.

2. Bộ nghịch lưu áp đa bậc có ứng dụng thực tế nào nổi bật?
   Bộ nghịch lưu áp đa bậc được sử dụng trong điều khiển động cơ AC công suất lớn, nguồn điện không gián đoạn (UPS), và các nhà máy điện năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió.

3. Mô hình toán học được xây dựng như thế nào trong nghiên cứu?
   Mô hình toán học dựa trên phân tích trạng thái đóng ngắt của linh kiện công suất, biểu diễn điện áp ba pha dưới dạng vector không gian, và sử dụng các hàm toán học để mô phỏng quá trình điều khiển.

4. Phần mềm PSIM và C++ được sử dụng ra sao trong nghiên cứu?
   PSIM dùng để mô phỏng mạch điện và điều khiển, trong khi C++ được dùng để lập trình thuật toán điều khiển vector, giúp đánh giá hiệu quả và tính khả thi của giải pháp.

5. Làm thế nào để giảm sóng hài trong bộ nghịch lưu đa bậc?
   Sử dụng kỹ thuật điều khiển vector kết hợp với loại bỏ sóng hài chọn lọc (SHE) giúp triệt tiêu các thành phần sóng hài bậc cao, nâng cao chất lượng điện áp đầu ra.

Kết luận

• Kỹ thuật điều khiển vector cho bộ nghịch lưu áp đa bậc giúp giảm tổng méo hài THD xuống còn khoảng 5%, nâng cao chất lượng điện áp đầu ra.
• Giảm số lần chuyển mạch linh kiện khoảng 20%, từ đó giảm tổn hao công suất và tăng tuổi thọ thiết bị.
• Giảm điện áp common-mode xuống còn 0.57 lần so với bộ nghịch lưu hai bậc, giảm rung động và tiếng ồn động cơ.
• Mô hình toán học và mô phỏng PSIM, C++ xác nhận tính khả thi và hiệu quả của giải pháp.
• Đề xuất ứng dụng kỹ thuật điều khiển vector trong công nghiệp, phát triển phần mềm mô phỏng, đào tạo nhân lực và nghiên cứu mở rộng cho bộ nghịch lưu nhiều bậc hơn.

Tiếp theo, cần triển khai thử nghiệm thực tế tại các nhà máy điện và thiết bị mạng điện, đồng thời phát triển phần mềm điều khiển tích hợp để ứng dụng rộng rãi. Mời các chuyên gia và doanh nghiệp quan tâm hợp tác nghiên cứu và ứng dụng giải pháp này nhằm nâng cao hiệu quả và bền vững trong ngành điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DŨNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR CHO BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 0 4 5 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005 Luan van BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH ***** LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ TRAÀN DUÕNG KYÕ THUAÄT ÑIEÀU KHIEÅN VECTOR CHO BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP ÑA BAÄC Chuyeân ngaønh : THIEÁT BÒ MAÏNG & NHAØ MAÙY ÑIEÄN Maõ soá ngaønh : 60 52 50 Tp. Hoà Chí Minh, thaùng 08 naêm 2005 Luan van BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH ***** LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ KYÕ THUAÄT ÑIEÀU KHIEÅN VECTOR CHO BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP ÑA BAÄC Chuyeân ngaønh : THIEÁT BÒ MAÏNG & NHAØ MAÙY ÑIEÄN Maõ soá ngaønh : 60 52 50 Hoï vaø Teân hoïc vieân : TRAÀN DUÕNG Ngöôøi höôùng daãn : TS. NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Tp.

Hoà Chí Minh, thaùng 08 naêm 2005 Luan van COÂNG TRÌNH ÑÖÔÏC HOAØN THAØNH TAÏI TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH Caùn boä höôùng daãn khoa hoïc: TS. NGUYEÃN VAÊN NHÔØ Caùn boä chaám nhaän xeùt 1 : Caùn boä chaám nhaän xeùt 2 : Luaän vaên thaïc só ñöôïc baûo veä taïi : HOÄI ÑOÀNG CHAÁM BAÛO VEÄ LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH Tp. Hoà Chí Minh, ngaøy. Luan van Boä Giaùo Duïc & Ñaøo Taïo COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT Ñoäc Laäp – Töï Do – Haïnh Phuùc THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH ---------------------- ------------------- NHIEÄM VUÏ LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ Hoï vaø teân hoïc vieân : Traàn Duõng Phaùi : Nam Ngaøy, thaùng, naêm sinh : 05 – 05 – 1975 Nôi sinh : Quaûng Trò Chuyeân ngaønh : Thieát bò maïng &nhaø maùy ñieän Maõ soá : 60 52 50 TEÂN ÑEÀ TAØI : KYÕ THUAÄT ÑIEÀU KHIEÅN VECTOR CHO BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP ÑA BAÄC II_ NHIEÄM VUÏ VAØ NOÄI DUNG Thöïc hieän ñaày ñuû noäi dung, ñuùng tieán ñoä ñöôïc yeâu caàu vaø ñaõ thoâng qua khi baûo veä ñeà cöông vôùi caùc chöông nhö sau: 1/ Toång quan veà ñeà taøi, lyù do choïn ñeà taøi 2/ Giôùi thieäu veà boä nghòch löu ña baäc vaø caùc kyõ thuaät ñieàu cheá noùi chung 3/ Phaân tích caùc kyõ thuaät ñieàu cheá PWM : kyõ thuaät ñieàu cheá soùng mang, kyõ thuaät ñieàu cheá vector khoâng gian, kyõ thuaät trieät tieâu soùng haøi choïn loïc.

4/ Trình baøy kyõ thuaät ñieàu khieån vector vaø caûi tieán veà ñieàu khieån vector. 5/ Moâ phoûng moâ hình toùan hoïc baèng phaàn meàm PSIM vaø C++. 6/ Phaân tích, ñaùnh giaù keát quaû moâ phoûng, moät soá ñeà xuaát 7/ Keát luaän, höôùng phaùt trieån trong töông lai. III_ NGAØY GIAO NHIEÄM VUÏ: 15 – 02 – 2005 IV_ NGAØY HOAØN THAØNH NHIEÄM VUÏ: ____________________________________ V_ CAÙN BOÄ HÖÔÙNG DAÃN : TS.

NGUYEÃN VAÊN NHÔØ VI_ CAÙN BOÄ CHAÁM NHAÄN XEÙT 1 : ______________________________________________________________________ VII_ CAÙN BOÄ CHAÁM NHAÄN XEÙT 2 : ______________________________________________________________________ CAÙN BOÄ HÖÔÙNG DAÃN CAÙN BOÄ NHAÄN XEÙT 1 CAÙN BOÄ NHAÄN XEÙT 2 Noäi dung vaø ñeà cöông luaän vaên thaïc só ñaõ ñöôïc Hoäi Ñoàng Chuyeân Ngaønh thoâng qua. Ngaøy thaùng naêm 2005 TRÖÔÛNG PHOØNG QLKH – SÑH CHUÛ NHIEÄM NGAØNH Luan van Luan van LÔØI CAÛM ÔN ---o0o--- Toâi xin gôûi lôøi caûm ôn chaân thaønh ñeán TS. Nguyeãn Vaên Nhôø ñaõ taän tình, höôùng daãn toâi ñeå hoaøn thaønh luaän vaên naøy. Toâi cuõng xin caûm ôn Quí thaày, coâ vaø phoøng Quaûn Lyù Khoa Hoïc – Sau Ñaïi Hoïc tröôøng Ñaïi hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Tp.HCM, Quí thaày, coâ boä moân Heä Thoáng Ñieän tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa Tp.HCM, Caùc anh, chò quaûn lyù phoøng maùy tính khoa Ñieän – Ñieän töû ñaõ taïo moïi ñieàu kieän thuaän lôïi cho toâi trong quaù trình hoïc taäp vaø hoaøn thaønh luaän vaên.

Cuoái cuøng, toâi xin toû loøng bieát ôn ñeán gia ñình, baïn beø vaø ñoàng nghieäp ñaõ ñoäng vieân vaø taïo ñieàu kieän cho toâi raát nhieàu trong quaù trình hoïc taäp vaø thöïc hieän luaän vaên naøy cuõng nhö trong vieäc tìm kieám thoâng tin vaø caùc taøi lieäu khaùc coù lieân quan. Hoà Chí Minh, ngaøy 24 thaùng 08 naêm 2005 Hoïc vieân Traàn Duõng Luan van MUÏC LUÏC PHAÀN A : MUÏC LUÏC Trang PHAÀN B : NOÄI DUNG CHÖÔNG I : GIÔÙI THIEÄU VEÀ BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP ÑA BAÄC VAØ CAÙC KYÕ THUAÄT ÑIEÀU CHEÁ NOÙI CHUNG 1.1 TOÅNG QUAN 1 1.1 Tính caàn thieát phaûi nghieân cöùu kyõ thuaät ñieàu khieån cho boä nghòch löu ña baäc noùi chung .2 Öu ñieåm cuûa nghòch löu aùp ña baäc noùi chung.3 Öu ñieåm tieân ñoùan ban ñaàu cuûa kyõ thuaät SVC theo höôùng ñeà xuaát.4 Moät soá haïn cheá chöa ñöôïc khaûo saùt theo kyõ thuaät ñaõ ñeà xuaát. 2 GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ CAÁU TRUÙC CUÛA BOÄ NGHÒCH LÖU 3 ÑA BAÄC 1.1 Giôùi thieäu veà boä nghòch löu aùp noùi chung 1.2 Moät soá caáu truùc cô baûn cuûa maïch ñoäng löïc trong boä nghòch löu aùp ña baäc.1 Caáu truùc nghòch löu daïng Cascade ( cascade inverter ) 1.2 Caáu Truùc Nghòch Löu Chöùa Caëp Diode keïp ( Neutral Point Clamped Multilevel Inverter – NPC ).2 3 Caáu Truùc Nghòch Löu duøng tuï keïp (Capacitor-Clamped Multilevel Inverter) .3 CAÙC KYÕ THUAÄT ÑIEÀU CHEÁ NOÙI CHUNG 7 1.1 Quy Trình Ñoùng Ngaét cuûa caùc linh kieän coâng suaát trong boä nghòch löu aùp ña baäc.1 Toång Quaùt.2 Traïng Thaùi Ñoùng Ngaét Boä Nghòch Löu Aùp Ba Baäc 8 Luan van 1.3 Traïng Thaùi Ñoùng Ngaét Boä Nghòch Löu Aùp Naêm Baäc 9 1.2 Phaân loaïi caùc kyõ thuaät ñieàu cheá noùi chung 10 1.3 Moät soá chæ tieâu ñeå ñaùnh giaù kyõ thuaät PWM cuûa boä nghòch löu 11 CHÖÔNG II : PHAÂN TÍCH CAÙC KYÕ THUAÄT PWM 2. 2 KYÕ THUAÄT ÑIEÀU CHEÁ DUØNG SOÙNG MANG 14 2.1 Caùc daïng soùng soùng mang duøng trong kyõ thuaät ñieàu cheá PWM 15 2.2 2 Moâ phoûng vaø phaân tích boä nghòch löu aùp ba baäc 17 2.3 Moâ Phoûng Boä Nghòch Löu AÙP 5 Baäc 20 2.3 PHÖÔNG PHAÙP TRIEÄT TIEÂU SOÙNG HAØI CHOÏN LOÏC.4 PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHEÁ VECTOR KHOÂNG GIAN.1 Vector Khoâng Gian Cuûa Boä Nghòch Löu Aùp Ña Baäc 2.1 Khaùi nieäm vector khoâng gian 2.2 Vector khoâng gian cuûa boä nghòch löu aùp ña baäc 27 2.2 Giaûn ñoà vector ñieän aùp boä nghòch löu ba baäc 2.3 Giaûn ñoà vector ñieän aùp boä nghòch löu naêm baäc 29 2.

5 MOÄT SOÁ NHAÄN XEÙT VEÀ PHÖÔNG PHAÙP VAØ KYÕ THUAÄT CUÛA CPWM , SVPWM , SHE. 31 CHÖÔNG III KYÕ THUAÄT ÑIEÀU KHIEÅN VECTOR (SVC) VAØ CAÛI TIEÁN KYÕ THUAÄT SVC .1 KYÕ THUAÄT ÑIEÀU KHIEÅN VECTOR ( SVC : Space Vector Control ) 3.2 Kyõ thuaät ñieàu khieån vector 3.2 KYÕ THUAÄT SVC CAÛI TIEÁN THEO HÖÔÙNG ÑEÀ XUAÁT CUÛA ÑEÀ TAØI.1 Xaây döïng moâ hình toaùn hoïc Luan van 3.2 Caùc haøm toaùn hoïc döïa treân moái töông quan cuûa hai phöông phaùp SVPWM vaø CPWM .1 Ñònh nghóa haøm Max, Mid, Min, Interger. Khoái haøm Offset cöïc trò (Extreme Offset).3 Haøm S ñeå xaùc ñònh K1, K2 , K3 3.3 GIAÛI THUAÄT THEO PHÖÔNG PHAÙP ÑEÀ XUAÁT 45 3.4 VIEÁT CHÖÔNG TRÌNH CHO CAÙC KHOÁI TRONG GIAÛI THUAÄT TREÂN 45 3.1 Chöông trình cho khoái tìm cöïc trò.2 Chöông trình cho khoái logic bao goàm haøm fmax ,vaø fmin 3.3 Haøm S ñöôïc thieát laäp tröïc tieáp baèng logic treân PSIM .4 Caùc haøm cuûa Pa10 , Pb10 , Pc10 ñöôïc thieát laäp tröïc tieáp baèng logic treân PSIM .5 Chöông trình cuûa khoái chính ñöôïc vieát chöông trình treân phaàn meàm C++ sau ñoù ñöa vaøo khoái DLL (ôû phuï luïc 4.5 SÔ ÑOÀ MAÏCH MOÂ PHOÛNG VAØ KEÁT QUAÛ MOÂ PHOÛNG.1 Sô ñoà maïch moâ phoûng 3.1 Maïch moâ phoûng boä nghòch löu ba baäc 48 3.2 Maïch moâ phoûng boä nghòch löu ba baäc 49 3.2 Keát quaû moâ phoûng 50 3.3 Phaân tích vaø nhaän xeùt veà tính öu vieät cuûa boä nghòch löu ña baäc.4 Phaân tích keát quaû moâ phoûng giöõa tæ soá ñieàu cheá m vaø toång meùo haøi THD treân caùc pha cuûa boä nghòch löu 5 baäc duøng caáu truùc diode keïp.5 Moâ phoûng boä nghòch löu aùp 5 baäc vôùi taûi laø ñoäng cô 59 3.1 Moâ phoûng boä nghòch löu aùp 5 baäc vôùi taûi laø ñoäng cô 61 3.2 Daïng soùng Vf moâ phoõng ôû hình 3.3 Nhaän xeùt veà keát quaû moâ phoûng ôû muïc 3.1 62 Luan van PHAÀN C 4. KEÁT LUAÄN VAØ HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN ÑEÀ TAØI 63 4.2 Ñeà xuaát theo höôùng phaùt trieån cuûa ñeà taøi 64 PHAÀN D PHUÏ LUÏC Taøi lieäu thao khaûo Lyù lòch trích ngang Luan van Luan van CHÖÔNG 1 GIÔÙI THIEÄU VEÀ BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP ÑA BAÄC VAØ CAÙC KYÕ THUAÄT ÑIEÀU CHEÁ NOÙI CHUNG 1.1 TOÅNG QUAN 1.1 Tính caàn thieát phaûi nghieân cöùu kyõ thuaät ñieàu khieån cho boä nghòch löu ña baäc noùi chung.

Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, caùc boä nghòch löu noùi chung ñaõ ñöôïc öùng duïng raát phoå bieán. Chuùng ñoùng vai troø quan troïng trong nhieàu lónh vöïc nhö : 1) Ñieàu khieån ñoäng cô AC. 2) Boä nguoàn döï tröõ AC (UPSs –Uninterruptible Power Supplies). 3) Söï nung caûm öùng.

4) Duøng laøm nguoàn phaùt ñieän AC maø naêng löôïng ñaàu vaøo töø maët trôøi, khí ñoát. 5) Duøng trong boä loïc tích cöïc, boä loïc haøi hay boä buø SVC. 6) Khi nhaø maùy ñieän chaïy baèng naêng löôïng gioù, hay löôïng maët trôøi. ñang ñöôïc quan taâm nhö hieän nay thì nhaát thieát phaûi coù boä nghòch löu nhaèm chuyeån ñoåi ñieän aùp moät chieàu thaønh xoay chieàu ba pha.

7) Khi cheá taïo caùc boä bieán taàn chaéc chaén boä phaän nghòch löu khoâng theå thieáu. 8) Ñaët bieät coù nghóa quan troïng khi kyõ thuaät truyeàn naêng löôïng ñieän baèng heä thoáng HVDC (High Voltage Direct Current) phaùt trieån toaøn caàu. Maët khaùc, boä nghòch löu aùp hai baäc (xem phuï luïc 1) coù nhöôïc ñieåm ñieän aùp ôû ngoû ra cung caáp cho cuoän daây ñoäng cô vôùi ñoä doác ( dv/dt ) khaù lôùn vaø gaây ra moät soá vaán ñeà khoù khaên bôûi toàn taïi traïng thaùi khaùc zero cuûa toång ñieän theá töø caùc pha ñeán taâm nguoàn DC (hieän töôïng common-mode voltage). Theâm vaøo ñoù, boä nghòch löu hai baäc chæ duøng roäng raõi trong phaïm vi coâng suaát vöøa vaø nhoû.

Nhöng xu höôùng hieän nay, trong coâng nghieäp ñoøi hoûi söû duïng caùc heä thoáng ñieän aùp cao (2.), coâng suaát lôùn (töø MW trôû leân ). Do ñoù boä nghòch löu aùp ña baäc ñöôïc nghieân cöùu vaø phaùt trieån ñeå giaûi quyeát caùc vaán ñeà gaây ra neâu treân cuûa boä nghòch löu aùp hai baäc [1]. Song tính maâu thuaån cuûa vaán ñeà veà boä nghòch löu coù coâng suaát lôùn vaø chaát löôïng ñieän aùp ôû ngoû ra cao, ít haøi thì nhaát thieát caáu truùc cuûa boä nghòch löu phaûi laø boä nghòch löu ña baäc (hình 1. Khi chuùng ta duøng caáu truùc ña baäc seõ keùo theo kyõ thuaät ñieàu khieån khoù khaên, giaûi thuaät phöùc taïp.