Luận án tiến sĩ về bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình t: Tăng áp và khả năng chịu lỗi

• Tác giả: Đỗ Đức Trí
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Khai
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Bộ Nghịch Lưu Ba Pha Ba Bậc Hình T Với Khả Năng Tăng Áp Và Chịu Lỗi
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP, TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỖI HỞ MẠCH CÁC KHÓA CÔNG SUẤT
• 1.1. Quá trình phát triển nguồn năng lượng tái tạo
• 1.2. Khái quát về nghịch lưu tăng áp
• 1.3. Khái quát về kỹ thuật điều chế xung bằng vector không gian
• 1.4. Khái quát về nghịch lưu tăng áp với khả năng chịu lỗi
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH TOÁN HỌC NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP, ĐIỆN ÁP COMMON MODE VÀ KHẢ NĂNG CHỊU LỖI HỞ MẠCH CÁC KHÓA CÔNG SUẤT
• 2.1. Cở sở lý thuyết về nghịch lưu tăng áp tựa khóa chuyển mạch 3 bậc hình T
• 2.2. Cấu hình nghịch lưu truyền thống
• 2.2.1. Bộ nghịch lưu nguồn -Z
• 2.2.2. Bộ nghịch lưu hình T 3 bậc tựa nguồn Z (3L-qZST2I)
• 2.2.3. Cấu hình nghịch lưu tăng áp tựa khóa chuyển mạch ba bậc NPC (3L-NPC-qSBT2I)
• 2.3. Cở sở lý thuyết về kỹ thuật SVPWM
• 2.4. Cở sở lý thuyết về nghịch lưu tăng áp với khả năng chịu lỗi
• 2.4.1. Giải pháp tái cấu hình bằng phần cứng
• 2.4.2. Giải pháp tái cấu hình bằng giải thuật
• 3. CHƯƠNG 3: NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP TỰA KHÓA CHUYỂN MẠCH BA BẬC HÌNH T
• 3.1. Cấu hình nghịch lưu tăng áp tựa khóa chuyển mạch ba bậc hình T (3L-qSBT2I)
• 3.1.1. Sơ đồ và nguyên lý của 3L-qSBT2I
• 3.1.2. Nguyên lý hoạt động của 3L-qSBT2I
• 3.1.2.1. Trạng thái không ngắn mạch (NST)
• 3.1.2.2. Trạng thái ngắn mạch (ST)
• 3.2. Phương pháp điều khiển PWM cho 3L-qSBT2I
• 3.3. Phân tích trạng thái xác lập cho 3L-qSBT2I
• 3.4. Cân bằng điện áp trên tụ và ổn định DC-link cho 3L-qSBT2I
• 3.5. So sánh với những nghịch lưu ba bậc khác
• 3.5.1. Thành phần linh kiện trong cấu hình 3L-qSBT2I so với các cấu hình khác
• 3.5.2. Độ gợn dòng điện của cuộn dây và độ gợn điện áp của tụ điện
• 3.5.3. Điện áp đặt trên các khóa và trên tụ
• 3.5.4. Tổn hao trong phương pháp điều khiển PWM đề xuất 3L-qSBT2I
• 3.6. Hướng dẫn lựa chọn các phần tử trong nghịch lưu tăng áp tựa khóa chuyển mạch ba bậc hình T
• 3.6.1. Lựa chọn cuộn dây và tụ điện
• 3.6.2. Lựa chọn bán dẫn
• 3.7. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm
• 3.7.1. Kết quả mô phỏng
• 3.7.2. Kết quả thực nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN CHO NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP TỰA KHÓA CHUYỂN MẠCH 3 BẬC HÌNH T CÓ KHẢ NĂNG TRIỆT TIÊU ĐIỆN ÁP COMMON MODE
• 4.1. Nguyên lý hoạt động và giải thuật triệt tiêu common mode cho 3L-qSBT2I
• 4.1.1. Nguyên lý hoạt động của 3L-qSBT2I
• 4.1.2. Trạng thái không ngắn mạch
• 4.1.3. Phân tích trạng thái xác lập cho 3L-qSBT2I
• 4.2. Giải thuật điều chế vector không gian triệt tiêu điện áp common mode của 3L-qSBT2I
• 4.3. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho 3L-qSBT2I-ECMV
• 4.3.1. Kết quả mô phỏng
• 4.3.2. Kết quả thực nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP TỰA KHÓA CHUYỂN MẠCH 3 BẬC HÌNH T VỚI KHẢ NĂNG CHỊU LỖI HỞ MẠCH CÁC KHÓA CÔNG SUẤT
• 5.1. Nguyên lý hoạt động và giải thuật chịu lỗi 3L-qSBT2I
• 5.1.1. Nguyên lý hoạt động của chịu lỗi 3L-qSBT2I
• 5.1.2. Điều khiển chịu lỗi khi S1x hoặc S3x bị lỗi
• 5.1.3. Điều khiển chịu lỗi khi S2x bị lỗi
• 5.1.4. Điều khiển chịu lỗi khi T1 hoặc T2 bị lỗi
• 5.1.4.1. Trạng thái không ngắn mạch
• 5.1.4.2. Trạng thái ngắn mạch
• 5.2. Phương pháp điều khiển PWM cho chịu lỗi 3L-qSBT2I
• 5.3. Phân tích trạng thái xác lập cho chịu lỗi 3L-qSBT2I
• 5.3.1. Phân tích trạng thái xác lập cho chịu lỗi 3L-qSBT2I khi khóa công suất T1 hoặc T2 của mạng nguồn kháng bị lỗi
• 5.4. Phương pháp điều khiển cho chịu lỗi 3L-qSBT2I
• 5.5. Kỹ thuật điều khiển chịu lỗi 3L-qSBT2I
• 5.6. So sánh kỹ thuật điều khiển chịu lỗi 3L-qSBT2I đề xuất với các phương pháp PWM truyền thống
• 5.7. Hiệu suất của chịu lỗi 3L-qSBT2I
• 5.8. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm
• 5.8.1. Kết quả mô phỏng
• 5.8.2. Kết quả thực nghiệm
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN
• 6.1. Kết quả đạt được
• 6.2. Hướng phát triển luận án
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T

Bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T là một trong những cấu hình phổ biến trong lĩnh vực công nghệ nghịch lưu. Cấu hình này có nhiều ưu điểm nổi bật như chất lượng điện năng tốt hơn và điện áp ngõ ra cao hơn so với các cấu hình nghịch lưu hai bậc. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là chỉ hoạt động như một bộ chuyển đổi giảm áp. Để khắc phục điều này, việc lắp đặt một bộ DC-DC tăng áp là cần thiết. Điều này dẫn đến việc bộ nghịch lưu ba bậc hình T hoạt động như một bộ chuyển đổi hai chặng. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp cho bộ nghịch lưu này là rất quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

1.1. Khả năng tăng áp của bộ nghịch lưu

Khả năng tăng áp của bộ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T được cải thiện thông qua việc sử dụng các bộ chuyển đổi DC-DC. Điều này cho phép tạo ra điện áp ngõ ra cao từ điện áp ngõ vào thấp, giúp mở rộng khả năng ứng dụng trong các hệ thống năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và pin nhiên liệu. Việc nghiên cứu các cấu hình nghịch lưu tựa nguồn Z ba bậc cũng đã được đề xuất nhằm khắc phục những hạn chế của các bộ nghịch lưu truyền thống.

1.2. Tính ổn định và độ tin cậy

Tính ổn định và độ tin cậy của bộ nghịch lưu là rất quan trọng trong các hệ thống phân phối công suất. Các lỗi thiết bị thường được phân loại thành lỗi ngắn mạch và lỗi hở mạch. Việc kết hợp cầu chì nhanh với các nhánh công suất của nghịch lưu có thể chuyển đổi lỗi ngắn mạch thành lỗi hở mạch, từ đó đảm bảo tính ổn định cho hệ thống.

II. Phân tích toán học bộ nghịch lưu tăng áp

Phân tích toán học của bộ nghịch lưu tăng áp tựa khóa chuyển mạch ba bậc hình T là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các phương pháp điều khiển PWM được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của bộ nghịch lưu. Việc phân tích trạng thái xác lập cho bộ nghịch lưu giúp xác định các thông số điều khiển cần thiết để đảm bảo hoạt động ổn định trong các điều kiện khác nhau. Các mô hình toán học cũng giúp dự đoán được các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình hoạt động của bộ nghịch lưu.

2.1. Cấu hình nghịch lưu truyền thống

Cấu hình nghịch lưu truyền thống có những hạn chế nhất định, đặc biệt là trong việc xử lý các tình huống lỗi. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp thay thế như bộ nghịch lưu nguồn Z và bộ nghịch lưu tựa nguồn Z đã mở ra hướng đi mới cho việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

2.2. Giải pháp tái cấu hình

Giải pháp tái cấu hình bằng phần cứng và phần mềm là một trong những phương pháp hiệu quả để nâng cao khả năng chịu lỗi của bộ nghịch lưu. Việc áp dụng các thuật toán điều khiển thông minh giúp cải thiện khả năng hoạt động của bộ nghịch lưu trong các điều kiện bất lợi.

III. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho bộ nghịch lưu tăng áp tựa khóa chuyển mạch ba bậc hình T cho thấy những cải tiến đáng kể về hiệu suất và độ tin cậy. Các mô hình thực nghiệm được thực hiện để kiểm chứng nguyên lý hoạt động của cấu hình nghịch lưu. Kết quả cho thấy khả năng triệt tiêu điện áp common mode và khả năng chịu lỗi hở mạch của các khóa công suất được cải thiện rõ rệt. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất của bộ nghịch lưu mà còn mở rộng khả năng ứng dụng trong các hệ thống điện năng hiện đại.

3.1. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ nghịch lưu tăng áp tựa khóa chuyển mạch ba bậc hình T có khả năng giảm độ gợn sóng dòng điện ngõ vào và tăng độ lợi điện áp so với các cấu hình tương tự. Điều này chứng tỏ tính khả thi của cấu hình này trong các ứng dụng thực tế.

3.2. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm đã xác nhận các dự đoán từ mô phỏng, cho thấy rằng bộ nghịch lưu hoạt động ổn định trong các điều kiện khác nhau. Việc kiểm tra các thông số điều khiển cho thấy khả năng hoạt động hiệu quả ngay cả khi có lỗi xảy ra, từ đó khẳng định giá trị thực tiễn của nghiên cứu này.