Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình t trong chế độ nối lưới và độc lập

Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển nghịch lưu ba mức hình t trong chế độ nối lưới và độc lập, tối ưu hiệu suất và độ ổn định.

• Tác giả: Dương Anh Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Vũ Hoàng Phương
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Nâng cao chất lượng điều khiển nghịch lưu ba mức hình T trong chế độ nối lưới và độc lập
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: Xu hướng phát triển hiện nay của nghịch lưu nguồn áp
• 1.1. Các cấu trúc nghịch lưu nguồn áp ba mức
• 1.2. Cấu trúc nghịch lưu dạng điốt kẹp (NPC)
• 1.3. Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha
• 1.4. Cấu trúc nghịch lưu hình T ba pha sử dụng RB-IGBT
• 1.5. Phương pháp điều chế cho nghịch lưu hình T
• 1.6. Phương pháp điều khiển mạch vòng dòng điện
• 1.7. Định hướng nghiên cứu và dự kiến đóng góp của luận án
• 2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CHO NGHỊCH LƯU HÌNH T BA PHA
• 2.1. Phương pháp điều chế PWM
• 2.1.1. Nguyên lí phương pháp điều chế PWM
• 2.1.2. Mô phỏng phương pháp điều chế PWM cho bộ nghịch lưu hình T 3 pha
• 2.2. Phương pháp điều chế SVM
• 2.2.1. Chuyển hệ tọa độ từ abc sang 0αβ
• 2.2.2. Quy chuẩn độ dài các véctơ theo mức điện áp 𝑉_{dc}
• 2.2.3. Tính toán mô đun và góc pha của véctơ điện áp ra
• 2.2.4. Hình thành không gian véctơ trên hệ tọa độ 0αβ
• 2.2.5. Xác định vị trí của véctơ điện áp ra v trong sector lớn
• 2.2.6. Xác định vị trí của véctơ điện áp v trong các tam giác con
• 2.2.7. Tính toán hệ số điều chế (thời gian sử dụng các véctơ trong mỗi chu kì điều chế Ts)
• 2.2.8. Cân bằng điện áp trên 2 tụ DC
• 2.2.9. Tính toán hệ số điều chế thực hiện nhánh van mạch nghịch lưu trong mỗi chu kì điều chế Ts
• 2.2.10. Các phương pháp điều chế cấp xung cho van
• 2.2.11. Phương pháp điều chế SVM 8-Đoạn
• 2.2.12. Phương pháp điều chế SVM 6-Đoạn
• 2.2.13. Mô phỏng hai phương pháp điều chế SVM 8-Đoạn và SVM 6-Đoạn
• 2.2.14. Phương pháp điều chế FSVM đề xuất áp dụng cho nghịch lưu ba pha hình T
• 2.2.15. Mô phỏng phương pháp FSVM
• 3. ĐIỀU KHIỂN NỐI LƯỚI CHO NGHỊCH LƯU HÌNH T BA PHA
• 3.1. Mô hình toán học của nghịch lưu hình T ba pha
• 3.2. Cấu trúc điều khiển sử dụng bộ điều khiển PI
• 3.3. Cấu trúc điều khiển. Thiết kế bộ điều khiển dòng điện
• 3.4. Thiết kế bộ điều khiển điện áp
• 3.5. Mô phỏng cấu trúc điều khiển nối lưới sử dụng bộ điều khiển PI
• 3.6. Tính chọn tham số mạch lực nghịch lưu hình T ba pha
• 3.7. Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab/Simulink
• 3.8. Cấu trúc điều khiển sử dụng bộ điều khiển kháng nhiễu
• 3.9. Cấu trúc điều khiển. Thiết kế bộ điều khiển dòng điện
• 3.10. Thiết kế bộ điều khiển điện áp
• 3.11. Mô phỏng bộ điều khiển kháng nhiễu mới trong chế độ nối lưới
• 4. ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU HÌNH T BA PHA TRONG CHẾ ĐỘ ĐỘC LẬP
• 4.1. Mô hình toán học của nghịch lưu hình T ba pha
• 4.2. Cấu trúc điều khiển sử dụng bộ điều khiển PI
• 4.3. Thiết kế bộ điều khiển dòng điện
• 4.4. Thiết kế bộ điều khiển điện áp
• 4.5. Mô phỏng bộ điều khiển PI trên phần mềm Matlab/Simulink
• 4.6. Cấu trúc điều khiển sử dụng bộ điều khiển kháng nhiễu mới
• 4.7. Cấu trúc điều khiển. Thiết kế bộ điều khiển điện áp và dòng điện
• 4.8. Mô phỏng bộ điều khiển kháng nhiễu mới trên phần mềm Matlab/Simulink
• 5. THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG NGHỊCH LƯU HÌNH T BA PHA
• 5.1. Điều kiện thực nghiệm
• 5.2. Kết quả thực nghiệm
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan về Điều Khiển Nghịch Lưu Ba Mức Hình T Giới thiệu

Nghịch lưu ba mức hình T đang ngày càng trở nên quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi công suất lớn và điện áp cao, đặc biệt trong lĩnh vực hạ thế và các hệ thống năng lượng tái tạo. So với nghịch lưu hai mức truyền thống, nghịch lưu ba mức hình T có nhiều ưu điểm vượt trội như giảm tổn thất đóng cắt, giảm độ méo sóng hài (THD) và tốc độ biến thiên điện áp du/dt thấp hơn. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng công suất lớn, điện áp cao. Một trong những ưu điểm chính của nghịch lưu ba mức hình T là khả năng tiết kiệm số lượng van bán dẫn công suất mà vẫn đảm bảo chất lượng điện áp và yêu cầu công suất, đồng thời hỗ trợ trao đổi công suất theo hai chiều và chỉ sử dụng một nguồn DC. Nghiên cứu của Dương Anh Tuấn (2023) tại Đại học Bách Khoa Hà Nội đã chỉ ra rằng, việc tối ưu điều khiển nghịch lưu ba mức hình T có vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

1.1. Ứng Dụng Của Nghịch Lưu Ba Mức Hình T Trong Thực Tế

Nghịch lưu ba mức hình T được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm ứng dụng năng lượng tái tạo (như hệ thống quang điện - PV), lưới điện thông minh, microgrid, và các hệ thống truyền động công nghiệp. Cấu trúc này cho phép kết nối các nguồn điện phân tán vào lưới điện một cách hiệu quả, đồng thời đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của hệ thống. Theo nghiên cứu, các hệ thống nghịch lưu ba mức hình T trong các microgrid có thể giúp cải thiện hiệu suất sử dụng năng lượng và giảm thiểu phát thải. Tài liệu tham khảo [1]-[5] nhấn mạnh vai trò của các bộ biến đổi điện tử công suất trong việc ổn định hệ thống năng lượng và trao đổi công suất giữa các thành phần của lưới điện.

1.2. Ưu Điểm So Sánh Với Các Cấu Trúc Nghịch Lưu Khác

So với các cấu trúc nghịch lưu khác như nghịch lưu ba mức dùng điốt kẹp (NPC) hoặc nghịch lưu cầu H nối tầng (CHB), nghịch lưu ba mức hình T có ưu điểm về số lượng linh kiện bán dẫn, kích thước và chi phí. Điều này giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng hiệu quả tổng thể của hệ thống. Tuy nhiên, nghịch lưu ba mức hình T cũng đối mặt với các thách thức như cân bằng điện áp trên các tụ DC và giảm điện áp common-mode. Việc giải quyết các vấn đề này là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng điều khiển và độ tin cậy của hệ thống.

II. Thách Thức Vấn Đề Điều Khiển Nghịch Lưu Ba Mức Hình T

Mặc dù có nhiều ưu điểm, điều khiển nghịch lưu ba mức hình T vẫn đối mặt với một số thách thức đáng kể. Hai vấn đề chính cần giải quyết là cân bằng điện áp trên các tụ DC và giảm điện áp common-mode. Mất cân bằng điện áp có thể dẫn đến quá áp trên các van công suất, ảnh hưởng đến chất lượng sóng hài của điện áp đầu ra. Điện áp common-mode có thể gây ra dòng rò, giảm tuổi thọ cách điện, và tăng nhiễu điện từ (EMI). Để nâng cao chất lượng điều khiển, cần phải có các giải pháp hiệu quả để giải quyết các vấn đề này.

2.1. Vấn Đề Cân Bằng Điện Áp Trên Các Tụ DC

Sự mất cân bằng điện áp trên các tụ DC trong nghịch lưu ba mức hình T có thể gây ra hiện tượng quá áp trên các van bán dẫn, từ đó làm giảm độ tin cậy của hệ thống và ảnh hưởng xấu đến THD (Total Harmonic Distortion) của điện áp ngõ ra. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc duy trì cân bằng điện áp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của nghịch lưu. Dương Anh Tuấn (2023) cũng nhấn mạnh sự cần thiết của việc phát triển các phương pháp điều chế và điều khiển để giải quyết vấn đề này một cách hiệu quả.

2.2. Giảm Thiểu Điện Áp Common Mode CMV Hiệu Quả

Điện áp common-mode (CMV) gây ra dòng rò, ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống và có thể gây nguy hiểm. Việc giảm thiểu CMV là một yêu cầu quan trọng trong điều khiển nghịch lưu ba mức hình T. Các phương pháp điều chế và chuyển mạch phải được thiết kế để giảm CMV, từ đó cải thiện tính an toàn và hiệu suất của hệ thống. Một số giải pháp được đề xuất bao gồm sử dụng các thuật toán điều chế đặc biệt và các cấu trúc mạch lọc để giảm sóng hài.

2.3. Ảnh Hưởng Của Tải Không Cân Bằng Đến Chất Lượng Điều Khiển

Tải không cân bằng có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng trong điều khiển nghịch lưu ba mức hình T, dẫn đến sự mất cân bằng điện áp trên các tụ DC và tăng THD trong điện áp đầu ra. Để giải quyết vấn đề này, cần phải có các phương pháp điều khiển phức tạp hơn, chẳng hạn như điều khiển vector hoặc điều khiển dự báo, để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống ngay cả trong điều kiện tải không cân bằng. Việc tích hợp các thuật toán điều khiển thích nghi và điều khiển tối ưu có thể giúp cải thiện đáng kể khả năng chống chịu của hệ thống đối với tải không cân bằng.

III. Phương Pháp Điều Chế FSVM Cải Tiến Giảm CMV Cân Bằng

Để giải quyết các thách thức trên, việc áp dụng các phương pháp điều chế tiên tiến là rất quan trọng. Một trong số đó là phương pháp điều chế vector không gian linh hoạt (FSVM). FSVM có khả năng giảm điện áp common-mode, đồng thời cân bằng điện áp trên các tụ DC. Phương pháp này cho phép điều chỉnh linh hoạt các vector điện áp để đạt được hiệu suất tối ưu và giảm thiểu THD. Theo nghiên cứu, FSVM có thể cải thiện đáng kể chất lượng điều khiển và độ tin cậy của nghịch lưu ba mức hình T.

3.1. Nguyên Lý Hoạt Động Của Điều Chế Vector Không Gian Linh Hoạt FSVM

Phương pháp FSVM dựa trên việc điều chỉnh linh hoạt các vector điện áp trong không gian vector để đạt được hiệu suất tối ưu và giảm thiểu THD. Bằng cách lựa chọn các vector phù hợp, FSVM có thể giảm điện áp common-mode và duy trì cân bằng điện áp trên các tụ DC. Thuật toán FSVM bao gồm các bước tính toán phức tạp để xác định các vector tối ưu và thời gian tác động của chúng trong mỗi chu kỳ điều chế.

3.2. Ưu Điểm Vượt Trội Của FSVM So Với Các Phương Pháp PWM Khác

So với các phương pháp điều chế PWM truyền thống, FSVM có nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng giảm CMV, cân bằng điện áp tụ DC, và giảm THD. FSVM cũng cho phép điều chỉnh linh hoạt các thông số điều khiển để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Các phương pháp PWM truyền thống thường không thể đạt được hiệu suất tương đương trong việc giải quyết đồng thời các vấn đề về CMV, cân bằng điện áp, và THD.

3.3. Thuật Toán Điều Chế Cân Bằng Tụ Trong FSVM Chi Tiết

Thuật toán cân bằng tụ trong FSVM bao gồm việc lựa chọn các vector điện áp sao cho điện áp trên các tụ DC được duy trì ở mức cân bằng. Thuật toán này có thể bao gồm các bước đo điện áp trên các tụ, tính toán sự khác biệt giữa chúng, và điều chỉnh các vector điện áp để bù đắp sự khác biệt này. Dương Anh Tuấn (2023) đã đề xuất một thuật toán cân bằng tụ hiệu quả cho nghịch lưu ba mức hình T sử dụng FSVM trong luận án tiến sĩ của mình.

IV. Ứng Dụng Các Thuật Toán Điều Khiển Nâng Cao Độ Ổn Định

Ngoài phương pháp điều chế, việc sử dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến cũng rất quan trọng để nâng cao chất lượng điều khiển của nghịch lưu ba mức hình T. Các thuật toán như điều khiển trượt, điều khiển dự báo, điều khiển thích nghi và điều khiển mờ (Fuzzy Control) có thể giúp cải thiện tính ổn định, khả năng chống nhiễu và hiệu suất của hệ thống. Các thuật toán này có thể được sử dụng để điều khiển dòng điện và điện áp của nghịch lưu, đồng thời đảm bảo cân bằng điện áp trên các tụ DC.

4.1. Điều Khiển Trượt Sliding Mode Control Cho Đáp Ứng Nhanh

Điều khiển trượt (SMC) là một phương pháp điều khiển mạnh mẽ, có khả năng cung cấp đáp ứng nhanh và tính ổn định cao cho hệ thống. SMC có thể được sử dụng để điều khiển dòng điện và điện áp của nghịch lưu ba mức hình T, đồng thời đảm bảo tính ổn định của hệ thống trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Tuy nhiên, SMC cũng có thể gây ra hiện tượng rung động (chattering), do đó cần phải có các biện pháp để giảm thiểu hiện tượng này.

4.2. Điều Khiển Dự Báo Model Predictive Control Tối Ưu

Điều khiển dự báo (MPC) là một phương pháp điều khiển tiên tiến, có khả năng dự đoán hành vi của hệ thống trong tương lai và đưa ra các quyết định điều khiển tối ưu. MPC có thể được sử dụng để điều khiển nghịch lưu ba mức hình T, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống và giảm thiểu THD. Tuy nhiên, MPC đòi hỏi các mô hình toán học chính xác và khả năng tính toán cao.

4.3. Tích Hợp Điều Khiển Mờ Fuzzy Control Giải Thuật Di Truyền

Việc tích hợp điều khiển mờ (Fuzzy Control) và giải thuật di truyền (Genetic Algorithm) có thể giúp cải thiện khả năng thích nghi và tối ưu hóa của hệ thống điều khiển nghịch lưu ba mức hình T. Điều khiển mờ có thể xử lý các thông tin không chắc chắn và phi tuyến, trong khi giải thuật di truyền có thể tìm kiếm các giải pháp tối ưu trong không gian tham số rộng lớn. Sự kết hợp này có thể mang lại hiệu quả cao trong việc nâng cao chất lượng điều khiển và độ tin cậy của hệ thống.

V. Ứng Dụng Nghiên Cứu Kết Quả Thực Nghiệm Chứng Minh

Để chứng minh tính hiệu quả của các phương pháp điều chế và điều khiển, các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng Matlab/Simulink là rất quan trọng. Các kết quả thực nghiệm có thể cho thấy rằng các phương pháp này có thể cải thiện đáng kể chất lượng điều khiển, giảm THD, và cân bằng điện áp trên các tụ DC. Các kết quả mô phỏng có thể giúp phân tích và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện hoạt động khác nhau.

5.1. Mô Phỏng Matlab Simulink Kiểm Chứng Giải Pháp Đề Xuất

Mô phỏng Matlab/Simulink là một công cụ mạnh mẽ để kiểm chứng tính hiệu quả của các giải pháp điều chế và điều khiển. Các mô phỏng có thể được sử dụng để phân tích và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện hoạt động khác nhau, cũng như để đánh giá tính ổn định và khả năng chống nhiễu của hệ thống. Các kết quả mô phỏng có thể cung cấp thông tin quan trọng để thiết kế và triển khai hệ thống thực tế.

5.2. Kết Quả Thực Nghiệm Chứng Minh Tính Khả Thi Trong Thực Tế

Các kết quả thực nghiệm là cần thiết để chứng minh tính khả thi của các giải pháp điều chế và điều khiển trong thực tế. Các kết quả thực nghiệm có thể cho thấy rằng các phương pháp này có thể cải thiện đáng kể chất lượng điều khiển, giảm THD, và cân bằng điện áp trên các tụ DC. Các kết quả thực nghiệm cũng có thể cung cấp thông tin quan trọng để điều chỉnh và tối ưu hóa các tham số điều khiển.

5.3. Đánh Giá THD Điện Áp Common Mode và Cân Bằng Tụ

Đánh giá THD, điện áp common-mode, và cân bằng tụ là các tiêu chí quan trọng để đánh giá hiệu suất của điều khiển nghịch lưu ba mức hình T. Các kết quả đánh giá có thể cho thấy rằng các phương pháp điều chế và điều khiển tiên tiến có thể cải thiện đáng kể các tiêu chí này, từ đó nâng cao chất lượng điều khiển và độ tin cậy của hệ thống.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Tương Lai Đề Xuất

Nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều chế và điều khiển tiên tiến cho nghịch lưu ba mức hình T là rất quan trọng để nâng cao chất lượng điều khiển, giảm THD, và cân bằng điện áp trên các tụ DC. Các hướng phát triển tương lai có thể bao gồm việc nghiên cứu các thuật toán điều khiển thích nghi, điều khiển tối ưu, và tích hợp các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

6.1. Tóm Tắt Các Kết Quả Nghiên Cứu Quan Trọng

Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng các phương pháp điều chế và điều khiển tiên tiến có thể cải thiện đáng kể chất lượng điều khiển của nghịch lưu ba mức hình T. Các phương pháp này có thể giảm THD, cân bằng điện áp trên các tụ DC, và cải thiện tính ổn định của hệ thống. Các kết quả nghiên cứu cũng đã cung cấp thông tin quan trọng để thiết kế và triển khai hệ thống thực tế.

6.2. Hướng Phát Triển Các Phương Pháp Điều Khiển Thích Nghi

Phát triển các phương pháp điều khiển thích nghi là một hướng phát triển quan trọng trong tương lai. Các phương pháp điều khiển thích nghi có thể tự động điều chỉnh các tham số điều khiển để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Các phương pháp này có thể giúp cải thiện tính ổn định và khả năng chống nhiễu của hệ thống.

6.3. Ứng Dụng Trí Tuệ Nhân Tạo AI Học Máy Machine Learning

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) là một hướng phát triển đầy hứa hẹn trong tương lai. Các thuật toán AI và Machine Learning có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu, dự đoán hành vi của hệ thống, và đưa ra các quyết định điều khiển tối ưu. Các thuật toán này có thể giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Sự gia tăng của các nguồn năng lượng phân tán như hệ thống điện mặt trời (PV), hệ thống lưu trữ năng lượng và các trạm sạc xe điện (On-Board Charger - OBC, Vehicle to Grid - V2G) đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc phát triển các bộ biến đổi điện tử công suất có hiệu suất cao, khả năng làm việc ở cấp điện áp một chiều lớn (trên 900V) và tần số đóng cắt cao. Cấu trúc nghịch lưu nguồn áp hai mức truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế khi vận hành ở dải công suất lớn và điện áp cao do tốc độ biến thiên điện áp ($du/dt$) lớn, tổng độ méo sóng hài (THD) cao và tổn thất đóng cắt lớn. Trong khi đó, nghịch lưu ba mức dạng điốt kẹp (NPC) giải quyết được vấn đề phân chia điện áp nhưng lại đòi hỏi số lượng lớn điốt kẹp, làm tăng kích thước mạch và gặp khó khăn trong việc cân bằng điện áp điểm giữa các tụ một chiều (DC-link).

Nghịch lưu ba mức hình T (T-type) kết hợp được ưu điểm tổn thất dẫn thấp của nghịch lưu hai mức và chất lượng điện áp ra của nghịch lưu NPC ba mức. Khi ứng dụng công nghệ van bán dẫn RB-IGBT (Reverse Blocking IGBT), mạch chuyển mạch xoay chiều hai chiều được tối ưu hóa, giảm số lượng linh kiện và giảm sụt áp khi dẫn. Tuy nhiên, hai bài toán kỹ thuật cốt lõi cần giải quyết đối với nghịch lưu hình T là: cân bằng điện áp giữa hai tụ DC nhằm tránh quá áp trên van và suy giảm chất lượng sóng hài; triệt giảm điện áp common-mode (CMV) để khống chế dòng rò qua điện dung ký sinh nối đất ($C_{PE}$) dưới ngưỡng 30 mA theo tiêu chuẩn an toàn VDE 0126-01-01. Bên cạnh đó, các thuật toán điều khiển mạch vòng dòng điện truyền thống như bộ điều khiển PI thường bị suy giảm chất lượng khi hệ thống vận hành trong điều kiện mất cân bằng điện áp lưới, tải phi tuyến hoặc có nhiễu tác động. Luận án lựa chọn giải quyết đồng thời các vấn đề này nhằm nâng cao chất lượng và độ ổn định của bộ nghịch lưu hình T ba pha.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm ba nội dung chính:

1. Đề xuất áp dụng phương pháp điều chế cải tiến nhằm vừa cân bằng được điện áp trên các tụ DC, vừa giảm điện áp common-mode.
2. Nghiên cứu khả năng áp dụng một số phương pháp điều khiển như điều khiển PI, điều khiển trượt... cho mạch vòng điều khiển của bộ biến đổi.
3. Kiểm chứng các phương pháp điều chế, thuật toán chuyển mạch và phương pháp điều khiển thông qua những minh chứng bằng mô phỏng và thực nghiệm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Bộ biến đổi nghịch lưu nguồn áp ba pha ba mức hình T sử dụng van RB-IGBT ứng dụng trong chế độ nối lưới và chế độ độc lập cho các hệ thống nguồn phân tán.
• Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào việc phát triển thuật toán điều chế véctơ không gian cải tiến (FSVM) để triệt giảm CMV và cân bằng điện áp tụ DC; thiết kế cấu trúc điều khiển trượt thời gian cố định kháng nhiễu (FTSMC) kết hợp bộ quan sát nhiễu (DOB) cho mạch vòng dòng điện và điện áp; thực nghiệm kiểm chứng trên mô hình phần cứng sử dụng module RB-IGBT tại phòng thí nghiệm.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng thuật và hệ thống hóa các hướng nghiên cứu liên quan đến cấu trúc phần cứng, phương pháp điều chế và kỹ thuật điều khiển cho nghịch lưu đa mức:

• Về cấu trúc nghịch lưu: Tác giả điểm lại cấu trúc nghịch lưu NPC ba mức do Nabae và cộng sự khởi xướng [19], [20]; các phân tích so sánh cấu hình nghịch lưu hình T với NPC và nghịch lưu hai mức [21]–[25]. Công nghệ van RB-IGBT chuyên dụng của hãng Fuji Electric được phân tích dựa trên các tài liệu [47], [48], cho thấy khả năng giảm 30% sụt áp khi dẫn so với cấu hình IGBT kết hợp điốt rời và nâng cao hiệu suất biến đổi lên tới 98% ở chế độ đầy tải.
• Về phương pháp điều chế: Các phương pháp sinPWM đa sóng mang (IPD, POD, APOD, dịch pha PSCPWM) được tổng thuật theo [6], [50], [52], [53]. Các nghiên cứu về điều chế véctơ không gian (SVM) nhằm giảm CMV được điểm lại qua các công trình [27]–[35]; các nghiên cứu tập trung vào cân bằng điện áp tụ DC qua các tài liệu [36]–[38], [80]. Một số nghiên cứu bước đầu giải quyết đồng thời hai mục tiêu như [39], [57] nhưng chưa được tối ưu và áp dụng cho cấu trúc nghịch lưu hình T sử dụng van RB-IGBT.
• Về phương pháp điều khiển mạch vòng dòng điện: Luận án phân tích ưu nhược điểm của bộ điều khiển tuyến tính PI [59], PR [60]; bộ điều khiển phi tuyến Hysteresis [61]; điều khiển dự báo MPC [64]–[67]; và điều khiển trượt truyền thống SMC [62], [63], [68], [69]. Các hạn chế của kỹ thuật trượt cải tiến trước đây (đòi hỏi giả thiết đạo hàm của nhiễu bằng 0 như [70]–[73] hoặc nhiễu có dạng cố định như [74]–[76]) được làm rõ, từ đó mở ra hướng tiếp cận sử dụng bộ điều khiển trượt thời gian cố định FTSMC kết hợp bộ quan sát DOB theo [77], [78].

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định: Chưa có công trình nào kết hợp hoàn chỉnh giữa phương pháp điều chế véctơ không gian cải tiến có khả năng đồng thời giảm điện áp CMV và cân bằng tụ DC với cấu trúc điều khiển trượt kháng nhiễu FTSMC + DOB cho riêng đối tượng nghịch lưu ba mức hình T sử dụng van RB-IGBT.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết của luận án dựa trên:

• Mô hình toán học của mạch common-mode và dòng rò: Điện áp common-mode trong nghịch lưu ba pha hình T được xác định theo biểu thức: $$V_{CM} = V_{NO} = \frac{V_{AO} + V_{BO} + V_{CO}}{3}$$ Dòng rò $I_{CM}$ chạy qua điện dung ký sinh $C_{PE}$ xuống đất được mô tả bởi: $$I_{CM}(s) = -C_{PE} \cdot s \cdot V_{PE}(s)$$ với $V_{PE}(s)$ phụ thuộc trực tiếp vào các thành phần thông số thụ động của bộ lọc và điện áp $V_{CM}(s)$.
• Lý thuyết điều chế véctơ không gian trên hệ tọa độ $0\alpha\beta$: Sử dụng phép biến đổi Clarke để quy đổi hệ điện áp ba pha sang hệ tọa độ vuông góc $\alpha\beta$. Luận án áp dụng phương pháp quy chuẩn độ dài các véctơ theo mức điện áp $V_{DC}$, tạo thành không gian véctơ gồm 27 trạng thái chuyển mạch, 19 véctơ điện áp phân bố trong 6 sector lớn và 24 tam giác con.
• Lý thuyết điều khiển trượt thời gian cố định (FTSMC) kết hợp bộ quan sát nhiễu trạng thái (DOB) và kỹ thuật giải bất đẳng thức ma trận tuyến tính (LMI) để đảm bảo thời gian hội tụ độc lập với điều kiện ban đầu và bù trừ chính xác các thành phần nhiễu ngoại lai.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

• Phương pháp mô hình hóa và phân tích giải tích: Xây dựng mô hình không gian trạng thái của nghịch lưu hình T ba pha trên hệ tọa độ quay $dq$ cho cả hai chế độ nối lưới và độc lập.
• Phương pháp mô phỏng số: Thiết lập mô hình mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink với các thông số: công suất định mức 15 kW, điện áp một chiều $V_{DC} = 700\text{ V}$, điện áp xoay chiều lưới $380\text{ V}/50\text{ Hz}$, tần số đóng cắt $10\text{ kHz}$, bộ lọc LCL ($L_i = 0,68\text{ mH}$, $C_f = 16,31\ \mu\text{F}$, $L_g = 0,141\text{ mH}$), tụ DC ($C_1 = C_2 = 470\ \mu\text{F}$), tụ ký sinh $C_{PE} = C_0 = 1\text{ nF}$.
• Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế và chế tạo hệ thống thực nghiệm vật lý hoàn chỉnh bao gồm module van RB-IGBT 12MBI100VN-120-50 của Fuji Electric, mạch kích van (driver) cách ly quang sử dụng IC HCPL316J, nguồn xung cách ly TEC 2-2415WI, board mạch điều khiển số DSP và mạch vòng khóa pha (PLL).

Nguồn dữ liệu: Dữ liệu sóng điện áp, dòng điện, dòng rò, độ lệch điện áp tụ và phổ sóng hài THD thu thập từ phần mềm mô phỏng và máy hiện sóng trong quá trình thực nghiệm phần cứng.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1. Xu hướng phát triển hiện nay của nghịch lưu nguồn áp

Chương 1 phân tích bức tranh tổng quan về vai trò của nghịch lưu nguồn áp trong các hệ thống năng lượng phân tán và trạm sạc xe điện OBC/V2G. Luận án so sánh chi tiết ba cấu trúc nghịch lưu: hai mức, ba mức NPC và ba mức hình T.

Đặc tính so sánh	Nghịch lưu 2 mức	Nghịch lưu 3 mức NPC	Nghịch lưu 3 mức hình T (RB-IGBT)
Số lượng van IGBT	6	12	12 (6 van thường + 6 van RB-IGBT)
Số lượng điốt kẹp	0	6	0
Cấp điện áp DC tối ưu	< 700V	> 900V	> 900V
Sụt áp trên van AC	Thấp	Trung bình	Thấp (giảm 30% so với IGBT+điốt)
Hiệu suất toàn tải	Trung bình	Cao	Đạt tới 98%
Khả năng giảm $du/dt$	Kém	Tốt	Tốt

Chương này cũng phân loại các phương pháp điều chế (PWM sóng mang và SVM) và các cấu trúc điều khiển mạch vòng dòng điện (PI, PR, Hysteresis, MPC, SMC, FTSMC+DOB), từ đó xác định rõ định hướng nghiên cứu của đề tài.

CHƯƠNG 2. Phương pháp điều chế cho nghịch lưu hình T ba pha

Chương 2 tập trung giải quyết bài toán điều chế phát xung. Tác giả phân tích phương pháp sinPWM dịch pha sóng mang làm cơ sở đối chứng. Kết quả mô phỏng sinPWM cho thấy THD dòng điện đạt 3,76%, điện áp common-mode xuất hiện 5 mức biến thiên ($0, \pm V_{DC}/6, \pm V_{DC}/3$), dòng rò hiệu dụng đo được là $178,2\text{ mA}$ (dòng đỉnh $0,64\text{ A}$, vượt ngưỡng tiêu chuẩn VDE 0126-01-01), và độ lệch điện áp giữa hai tụ DC là $\Delta U_{C\max} = 19\text{ V}$.

Tiếp đó, tác giả xây dựng lý thuyết điều chế SVM trên hệ tọa độ $0\alpha\beta$, xác định vị trí góc phần sáu qua ba hệ tọa độ không vuông góc $(Z_1, Z_2, Z_3)$, phân chia 4 tam giác con và tính toán hệ số điều chế thời gian $d_1, d_2, d_3$. Cơ chế cân bằng tụ dựa trên việc tráo đổi các cặp véctơ nhỏ loại P (POO, PPO...) và loại N (ONN, OON...). Luận án so sánh phương pháp SVM 8-đoạn, SVM 6-đoạn và đề xuất phương pháp FSVM (Flexibility in Space Vector Modulation) với việc phân chia linh hoạt ba chế độ ZSVM, PSVM, NSVM.

Phương pháp điều chế	THD dòng điện (%)	Độ lệch áp tụ $\Delta C_{\max}$ (V)	Dòng điện rò RMS (mA)
sinPWM	3,76	19,0	178,2
SVM 8-Đoạn	1,99	18,0	188,0
SVM 6-Đoạn	3,18	9,0	191,0
FSVM (Đề xuất)	2,85	6,0	30,0

Kết quả cho thấy phương pháp FSVM đã khống chế thành công dòng rò ở mức $30\text{ mA}$, đồng thời giảm độ lệch điện áp tụ xuống chỉ còn $6\text{ V}$.

CHƯƠNG 3. Điều khiển nối lưới cho nghịch lưu hình T ba pha

Chương 3 thiết lập mô hình toán học của nghịch lưu nối lưới qua bộ lọc LCL trên hệ tọa độ quay $dq$. Luận án thiết kế cấu trúc điều khiển nối lưới kinh điển sử dụng bộ điều khiển PI với hai mạch vòng: mạch vòng trong điều khiển dòng điện $i_d, i_q$ và mạch vòng ngoài điều khiển điện áp một chiều $V_{DC}$.

Để khắc phục nhược điểm của PI khi lưới mất cân bằng hoặc có nhiễu tham số, tác giả thiết kế cấu trúc điều khiển trượt thời gian cố định FTSMC kết hợp bộ quan sát nhiễu DOB. Các thông số của bộ điều khiển FTSMC và DOB được tổng hợp thông qua việc giải bất đẳng thức ma trận tuyến tính LMI. Mô phỏng so sánh trên Matlab/Simulink chứng minh rằng bộ điều khiển FTSMC+DOB giúp hệ thống triệt tiêu sai lệch tĩnh nhanh chóng, giảm độ quá điều chỉnh (OVS) và duy trì dòng điện phát lên lưới có dạng sin chuẩn với THD thấp ngay cả khi điện áp lưới bị sụt giảm hoặc mất đối xứng.

CHƯƠNG 4. Điều khiển nghịch lưu hình T ba pha trong chế độ độc lập

Chương 4 nghiên cứu cấu trúc điều khiển khi nghịch lưu cấp nguồn độc lập cho phụ tải xoay chiều. Mô hình toán học được xây dựng với mục tiêu duy trì ổn định biên độ và tần số điện áp đầu ra trên tụ lọc $C_f$. Tác giả thiết kế và mô phỏng hai cấu trúc điều khiển: bộ điều khiển PI và bộ điều khiển FTSMC kết hợp DOB.

Các kịch bản mô phỏng được thực hiện bao gồm: tải thuần trở đối xứng, tải thay đổi đột ngột, tải mất cân bằng giữa các pha và tải phi tuyến (chỉnh lưu cầu điốt). Kết quả cho thấy bộ điều khiển FTSMC+DOB duy trì điện áp ngõ ra hình sin đối xứng, triệt tiêu ảnh hưởng của sóng hài do tải phi tuyến gây ra, giảm độ sụt áp động học và giữ cho độ lệch điện áp hai tụ DC luôn nằm trong giới hạn an toàn.

CHƯƠNG 5. Thực nghiệm hệ thống nghịch lưu hình T ba pha

Chương 5 trình bày toàn bộ quy trình thiết kế, tích hợp và thử nghiệm hệ thống phần cứng thực nghiệm tại phòng thí nghiệm:

• Mạch lực: Sử dụng module van RB-IGBT chuyên dụng của Fuji Electric mã hiệu 12MBI100VN-120-50.
• Mạch kích van (Driver): Sử dụng IC HCPL316J tích hợp tính năng bảo vệ chống bão hòa điện áp $V_{CE}$ và bảo vệ quá dòng mềm. Nguồn cách ly cho driver sử dụng module DC/DC Converter TEC 2-2415WI.
• Mạch điều khiển và đo lường: Sử dụng vi xử lý số DSP để thực thi thuật toán điều chế FSVM, thuật toán điều khiển FTSMC+DOB và mạch vòng khóa pha PLL.
• Kết quả thực nghiệm: Xác nhận tính đúng đắn của các kết quả mô phỏng. Dạng sóng điện áp và dòng điện ngõ ra đạt độ sin cao, điện áp common-mode và dòng rò được triệt giảm rõ rệt, điện áp giữa hai tụ DC được duy trì cân bằng trong suốt quá trình làm việc.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận:

• Xây dựng thành công thuật toán điều chế véctơ không gian linh hoạt FSVM cho nghịch lưu ba mức hình T sử dụng van RB-IGBT, giải quyết đồng thời hai yêu cầu kỹ thuật: giảm điện áp common-mode để đưa dòng rò về ngưỡng cho phép $30\text{ mA}$ theo tiêu chuẩn VDE 0126-01-01 và duy trì cân bằng điện áp trên các tụ DC (độ lệch tụ cực đại $\Delta C_{\max} = 6\text{ V}$).
• Đề xuất và áp dụng thành công cấu trúc điều khiển trượt thời gian cố định FTSMC kết hợp bộ quan sát nhiễu DOB cho mạch vòng điều khiển của nghịch lưu hình T ba pha trong cả chế độ nối lưới và chế độ độc lập. Thuật toán loại bỏ được các ràng buộc khắt khe về đạo hàm của nhiễu ($\dot{d} = 0$) hoặc dạng nhiễu cố định, nâng cao tốc độ đáp ứng động học và tính bền vững trước các nhiễu phụ tải và biến động điện áp lưới.

Đóng góp về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất:

• Luận án đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công mô hình phần cứng thực nghiệm nghịch lưu ba pha hình T sử dụng công nghệ module van RB-IGBT (12MBI100VN-120-50) kết hợp IC driver chuyên dụng HCPL316J và DSP.
• Cung cấp giải pháp phần mềm thay thế cho việc phải sử dụng các cuộn cảm common-mode cồng kềnh và đắt tiền ở phần cứng, giúp giảm kích thước, giảm chi phí chế tạo và nâng cao hiệu suất vận hành của các bộ biến đổi trong hệ thống năng lượng phân tán và trạm sạc xe điện.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

• Các kết quả thực nghiệm mới được kiểm chứng ở dải công suất và điện áp phòng thí nghiệm, chưa triển khai thử nghiệm trên các trạm phát điện mặt trời hoặc hệ thống sạc xe điện quy mô công nghiệp thực tế.
• Khối lượng tính toán của thuật toán điều chế FSVM kết hợp bộ điều khiển FTSMC+DOB tương đối lớn, đòi hỏi cấu hình phần cứng DSP có tốc độ xử lý cao.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Thử nghiệm và đánh giá hệ thống ở dải công suất lớn hơn với cấp điện áp DC trên $900\text{ V}$.
• Tối ưu hóa mã nguồn thuật toán để có thể triển khai trên các dòng vi điều khiển hoặc FPGA giá thành thấp hơn.
• Mở rộng ứng dụng cấu trúc điều khiển cho các hệ thống vi lưới (Microgrid) đa nguồn có sự tham gia của nhiều bộ biến đổi hình T song song.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho các đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Điện tử công suất: Có thể tham khảo phương pháp giải tích không gian véctơ ba mức, kỹ thuật thiết kế bộ điều khiển trượt FTSMC giải bằng LMI, và quy trình xây dựng mạch vòng điều khiển trên hệ tọa độ $dq$.
• Kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D) trong lĩnh vực năng lượng tái tạo và thiết bị xe điện: Tham khảo giải pháp thiết kế phần cứng mạch lực dùng van RB-IGBT, thiết kế mạch driver HCPL316J và thuật toán phần mềm triệt giảm dòng rò cho các bộ biến đổi nối lưới.

Câu hỏi thường gặp

1. Điểm khác biệt cơ bản giữa cấu trúc nghịch lưu hình T sử dụng van RB-IGBT và cấu hình T-type dùng IGBT thông thường là gì?
Trả lời: Cấu hình T-type thông thường sử dụng tổ hợp 2 van IGBT và 2 điốt rời ghép nối tiếp cho mỗi nhánh chuyển mạch AC hai chiều, dẫn đến sụt áp lớn do đi qua hai lớp tiếp giáp P-N. Cấu hình sử dụng RB-IGBT (của hãng Fuji Electric) đã tích hợp sẵn lớp tiếp giáp chặn ngược bên trong cấu trúc bán dẫn đơn chip, loại bỏ nhu cầu sử dụng điốt rời, giúp giảm 30% sụt áp khi dẫn và chỉ cần tối thiểu 2 van RB-IGBT cho một nhánh chuyển mạch hai chiều.

2. Tiêu chuẩn nào quy định giới hạn dòng điện rò trong các hệ thống biến đổi nối lưới và phương pháp FSVM của luận án đạt kết quả như thế nào?
Trả lời: Tiêu chuẩn an toàn VDE 0126-01-01 của Đức quy định dòng điện rò trong hệ thống nối lưới phải được giới hạn dưới $30\text{ mA}$. Phương pháp điều chế FSVM do tác giả đề xuất đã đưa dòng rò hiệu dụng (RMS) về đúng mức $30\text{ mA}$, giảm mạnh so với phương pháp sinPWM ($178,2\text{ mA}$), SVM 6-đoạn ($191\text{ mA}$) và SVM 8-đoạn ($188\text{ mA}$).

3. Vì sao phương pháp điều chế SVM 8-đoạn có THD dòng điện thấp nhất nhưng lại không được chọn làm giải pháp tối ưu trong luận án?
Trả lời: Mặc dù phương pháp SVM 8-đoạn cho THD dòng điện sau lọc tốt nhất ($1,99%$), phương pháp này sử dụng cả hai trạng thái của véctơ nhỏ trong một chu kỳ dẫn đến độ lệch điện áp giữa hai tụ DC rất lớn ($\Delta C_{\max} = 18\text{ V}$) và dòng rò cao ($188\text{ mA}$). Do đó, phương pháp FSVM được lựa chọn vì đảm bảo cân bằng hài hòa cả ba chỉ tiêu: THD dòng điện đạt $2,85%$, dòng rò giảm xuống $30\text{ mA}$ và độ lệch áp tụ chỉ còn $6\text{ V}$.

4. Ưu điểm nổi bật của bộ điều khiển trượt thời gian cố định FTSMC kết hợp DOB so với các bộ điều khiển trượt truyền thống là gì?
Trả lời: Bộ điều khiển trượt truyền thống thường gặp hiện tượng rung chấn (chattering) và tốc độ hội tụ phụ thuộc vào điều kiện ban đầu, trong khi các bộ trượt cải tiến trước đây đòi hỏi giả thiết đạo hàm của nhiễu bằng 0 ($\dot{d} = 0$) hoặc nhiễu có dạng cố định. Cấu trúc FTSMC kết hợp bộ quan sát DOB trong luận án đảm bảo thời gian hội tụ cố định độc lập với trạng thái ban đầu, đồng thời ước lượng và bù trừ trực tiếp các thành phần nhiễu ngoại lai mà không cần bất kỳ ràng buộc nào về dạng của nhiễu.

5. Mô hình phần cứng thực nghiệm của luận án sử dụng các linh kiện chính nào?
Trả lời: Hệ thống thực nghiệm gồm có: module van RB-IGBT 12MBI100VN-120-50 của Fuji Electric, mạch kích van tích hợp bảo vệ bão hòa sử dụng IC HCPL316J, nguồn xung cách ly TEC 2-2415WI, bộ lọc LCL, mạch vòng khóa pha PLL và vi xử lý số DSP để thực thi toàn bộ thuật toán điều khiển và điều chế.

Kết luận

Luận án của tác giả Dương Anh Tuấn đã giải quyết trọn vẹn bài toán nâng cao chất lượng điều khiển cho nghịch lưu ba mức hình T sử dụng van RB-IGBT trong cả hai chế độ nối lưới và độc lập. Bằng việc đề xuất phương pháp điều chế linh hoạt FSVM, công trình đã xử lý đồng thời hai thách thức kỹ thuật lớn là triệt giảm dòng rò do điện áp common-mode và duy trì cân bằng điện áp trên các tụ DC. Cùng với đó, cấu trúc điều khiển trượt kháng nhiễu FTSMC kết hợp DOB đã chứng minh khả năng nâng cao chất lượng động học và tính bền vững của hệ thống trước các biến động của phụ tải và lưới điện. Các kết quả nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng số trên Matlab/Simulink và kiểm chứng thực nghiệm trên phần cứng module RB-IGBT tạo nền tảng kỹ thuật tin cậy cho việc ứng dụng nghịch lưu hình T trong các hệ thống năng lượng phân tán và trạm sạc xe điện hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Xu hướng phát triển hiện nay của nghịch lưu nguồn áp. Trong các ứng dụng về công suất, nghịch lưu nguồn áp đang chiếm lĩnh vị trí rất quan trọng. Điện áp ra của bộ nghịch lưu được chia thành các mức xếp tầng, số lượng mức càng tăng thì càng gần hình sin [6].

Các ứng dụng của nghịch lưu nguồn áp Hình 1.1 thể hiện các ứng dụng rộng rãi của nghịch lưu nguồn áp hiện nay, ví dụ như trong hệ thống nguồn năng lượng phân tán, hệ thống sạc cho xe điện, hệ thống truyền động động cơ, các bộ tích trữ năng lượng. Trong đó, ứng dụng của nghịch lưu nguồn áp trong hệ thống năng lượng phân tán và hệ thống sạc cho xe điện đang được tập trung phát triển mạnh mẽ. Lợi ích của các bộ biến đổi điện tử công suất này bao gồm tăng hiệu suất, chi phí thấp hơn và giảm kích thước hệ thống [11], [13], [15]. Để có tác dụng nối lưới hay cấp cho phụ tải xoay chiều, các nguồn phân tán phải được chuyển đổi sang AC.

Do đó, nghịch lưu nguồn áp được sử dụng để chuyển đổi nguồn DC sang nguồn AC. Các bộ nghịch lưu phải đảm bảo điều khiển được dòng công suất theo 2 chiều, đồng thời cũng chứa các chức năng bảo vệ giám sát việc kết nối lưới điện với nguồn phân tán và có thể cách ly nếu xảy ra sự cố. Hệ thống nguồn phân tán có thể được cấu trúc thành một số cấu hình hoạt động. Mỗi cấu hình có các bộ biến đổi điện tử công suất cơ bản kết nối hệ thống với lưới điện chung như trong Hình 1.

Xe điện hiện đang là xu thế phát triển trong ngành công nghiệp ô tô và rất có thể sẽ thay thế xe xăng trong một vài năm tới. Do vậy, việc nghiên cứu các cấu trúc để thiết kế các bộ sạc cho xe điện đã và đang được triển khai rất mạnh mẽ trong các trung tâm nghiên cứu, các phòng thí nghiệm về điện tử công suất. Có nhiều hệ thống sạc trong đó phổ biến nhất là hệ thống On-board Charger (OBC) như trong Hình 1.3 với các ưu điểm như: thời gian sạc nhanh, nguồn điện AC phổ biến, khả năng tản nhiệt tốt, an toàn, nhẹ và nhỏ vì bộ sạc nằm trên xe [43]. Cấu hình bộ biến đổi công suất cho hệ thống nguồn phân tán Trong hệ thống này có bộ PFC (Power Factor Correction).

Bộ này thường sử dụng cấu trúc nghịch lưu ba pha ba dây như một cầu chỉnh lưu điện áp lưới để tích trữ năng lượng lên tụ một chiều (DC-link), từ đó phát công suất cho các mạch DC/DC ở đằng sau để biến đổi về các mức điện áp mong muốn trước khi sạc cho các thiết bị tích trữ năng lượng (pin, ắc quy…). Hay cũng có thể đóng vai trò là bộ nghịch lưu, truyền công suất theo hướng ngược lại từ phía DC về lưới (V2G) [43]. Hệ thống On-board Charger (OBC) sử dụng bộ nghịch lưu nguồn áp Từ các phân tích ở trên, luận án đã lựa chọn đối tượng nghiên cứu là nghịch lưu nguồn áp hoạt động trong chế độ nối lưới và độc lập ứng dụng trong hệ thống nguồn phân tán. 2 Hiện nay, các bộ nghịch lưu nguồn áp hai mức đang được dùng phổ biến cho những ứng dụng công suất nhỏ, điện áp DC thấp (< 700V).

Ưu điểm của nghịch lưu hai mức có thể kể đến là: đã được kiểm chứng thực tế, tổn thất dẫn thấp, số lượng linh kiện ít, nguyên tắc hoạt động đơn giản. Sơ đồ cấu trúc nghịch lưu nguồn áp ba pha hai mức được thể hiện như Hình 1.