chương I1 liệt kê các phương pháp điều khiển dòng điện stator tuyến tính, phi tuyến và dự báo cho hệ truyền động không đồng bộ theo nguyên lý FOC. Từ đó luận án tập trung nghiên cứu và đưa ra phương hướng thực hiện các mục tiêu như phát hiện, xử lý lỗi, triệt tiêu đồng thời điện áp common mode và tối ưu tần số đóng cắt của nghịch lưu đa mức cầu H nối tang. Nghịch lưu đa mức cấu trúc cầu H nối tầng Đối với hệ truyền động trung áp, nghịch lưu đa mức thường được lựa chọn nhờ các ưu điểm: dạng sóng đầu ra có độ méo sóng hài (THD) thấp hơn, giảm điện áp đặt lên các linh kiện bán dẫn công suất, tốc độ biến thiên điện áp dv/dt thấp hơn [1], [4]. Nghịch lưu đa mức có cấu trúc cơ bản: nghịch lưu dùng điôt chốt điểm trung tính (NPC) [5]; nghịch lưu dùng hệ thống tụ bay ŒC) [6], [7]; cầu H néi tang (CHB) [8], [9], [10]; bộ biến đổi đa cấp module (MMC) [1 1]-[13].
Dạng cấu trúc của nghịch lưu đa mức thể hiện như Hình 1. 1, so sánh thiết bị như Bang 1. Trong các cấu trúc của nghịch lưu đa mức, cấu trúc nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng (CHB) có tính module hóa cao, linh hoạt trong sửa chữa và thay thé thiết bị do đó giảm chỉ phí trong sản xuất và vận hành, không cần thêm các phần tử phụ trợ như di dt, tu điện, độ tin cậy cao [2], [14]. Với cấu trúc module hóa, CHB có thể tạo ra số mức điện áp rất lớn.
Với lợi thế này, có thể xây dựng được các BBĐ CHEB làm việc ở cấp điện áp từ trung thế (MV - từ trên 1 kV đến 60 kV), đến mức cao thế (HV — 110 kV đến 220 kV). Do đó, CHB - MLI được sử dụng rộng rãi hơn trong công nghiệp cho các ứng dụng khác nhau. Trong đó, nghịch lưu đa mức đặc biệt phù hợp với ứng dụng như: - Nối lưới: Đỗi với hệ thông năng lượng điện mặt trời nối lưới, thông thường gồm nhiều tắm pin năng lượng điện mặt trời riêng lẻ và chiếm một khu vực có diện tích lớn như Hình I. Do cường độ bức xạ mặt trời có thê không đều do mây che khuắt, vật cản.sẽ làm công suất trên các tắm pin không đều.
Để nâng cao hiệu suất, thông thường sẽ chia nhỏ thành các nhóm PV đê điêu khiên sẽ tạo ra công suât là cân băng và cao nhất có thê. Cấu trúc bộ biến đổi CHB với đặc thù được cấp bởi các nguồn DC cách ly riêng lẻ. Do đó, Cấu trúc bộ biến đổi CHB đặc biệt phù hợp với ứng dụng năng lượng điện mặt trời nối lưới [15]-{[171. So sánh số linh kiện trong một pha của các cấu tric NLDM.
Diode k Tu b Cau H noi MMC Cấu hình nghịch lưu | "#8 XSE nay ng NPC FC tâng CHB Van IGBT 2(m-1) 2(m-1) 2(m-1) 2(m-1) Diode kep 2(m-2) 0 0 0 Tụ trên nguôn DC (m-1) (m-1) (m-1)/2 (m-1) Cấu trúc cầu H nói tầng CHB Cau tric MMC uồn DC Một ngị (1/2), (1/2) it Jt 4 Hinh 1. Phan loai NLDM (nguồn [18]) - B6 bién đổi biến đổi lưới điện xoay chiều 3 pha cung cấp cho động cơ công suất lớn, điện áp cao: Với mục tiêu ứng dụng trong hệ thống công suất lớn, việc đảm bảo dòng lấy vào từ lưới điện có dạng gần sin là rất quan trọng. Nghịch lưu đa mức cầu Hnối tầng với nhiều nguồn DC cách ly, vì vậy có thê sử dụng các sơ đồ máy biến áp nhiều đầu ra để nâng cao chất lượng dòng đầu vào. Điều này được thể hiện trên các sơ đồ trong Hình 1.
3, trong đó hình (a) là sơ đồ chỉnh lưu 12 xung, hình (b) là sơ đồ chỉnh lưu 18 xung, hình (e) là sơ đồ chỉnh lưu 24 xung. Các cách đấu dây trên các sơ đồ Hình I. 4 chỉ đảm bảo dòng lẫy vào từ lưới có dang sin, còn điện áp trên mỗi chỉnh lưu đầu ra vẫn có số xung như các chỉnh lưu thông thường. Do đó cầu trúc nghịch lưu đa mức cầu H nối tang rat phù hợp cho việc cấp nguồn cho hệ truyền động ở đải công suất lớn, điện áp cao [19].
Trong luận án này, đối tượng nghiên cứu là nghịch lưu đa mức cấp nguồn cho hệ truyền động không đồng bộ ở dải điện áp trung thế. Từ những phân tích trên, luận án lựa chọn cấu trúc nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng với định hướng nghiên cứu tập trung vào vấn đề: đơn giản hóa điều chế SVM; duy trì hoạt động hoặc đừng chủ động của hệ thống khi xảy ra lỗi hở mạch van, đưa ra một số đề xuất khi ứng dụng điều khiển dự báo mô hình mạch vòng dòng điện cho hệ thống nghịch lưu đa mức cầu H nỗi tang — động cơ không đồng bộ. Utility Grid Cascaded H-Bridge Multilevel Converter Hình I. Cấu trúc hệ PV dùng cấu trúc CHB (nguôn [17]) 0, et ° Lo+ | 0 or ‡ Ƒe- Lưới c159 k Ị” 1".
Lưới 0° i -o+ Lưới 4 ia LK re i | Ck, - | QQ, i a c459 lạ Máy biến áp Chih lưu : May bién Ap BP IQ Fe >> Chỉnh lưu Máy biến áp A - 6 xung Chỉnh lưu “ter xu z LÈNG [nh Nà Tu (a) (b) (c) Hình 1. Các phương án cấp nguồn DC cách ly cho nghịch lưu cầu H nối tang. CHO|© (OE Máy biến áp Hình 1. Sơ đồ cầu trúc hệ thông nghịch lưu ba pha 11 nức cầu H nối tẳng.
Phương pháp điều khiển mạch vòng dòng điện 1.1 Tổng quan các phương pháp thiết kế mạch vòng dòng điện Hiện nay, FOC vẫn được coi là phương pháp điều khiến tiêu chuẩn trong công nghiệp [20]. Theo nguyên lý điều khiển FOC với hai mạch vòng điều chỉnh, mạch vòng ngoài là tốc độ và từ thông, mạch vòng trong là dòng điện. Do đó, phương pháp đã tách được hai thành phần điều khiển từ thông và momen. Mạch vòng dòng điện có đặc điểm phi tuyến, xen kênh và đóng vai trò quan trọng về quá trình từ hóa và điều khiển momen động cơ.
Nếu bộ điều khiển dòng điện đảm bảo được tiêu chí đáp ứng dòng điện stator nhanh, chính xác và tách kênh thì điều khiến tốc độ cho động cơ trở nên đơn giản, đúng theo yêu cầu công nghệ. Chính vì vậy, bộ điều khiển dòng điện đảm bảo các tiêu chí yêu cầu bằng các phương pháp điều khién tuyến tính, phí tuyến, điều khiển thông minh và dự báo. Trong đó các phương pháp điều khiển tuyến tính như PI, deadbeat truyền thống, deabeat cải tiến và các phương pháp điều khiển phi tuyến như tuyến như tính hóa chính xác, cuốn chiếu, tựa phẳng, trượt. và điều khiển dự báo FCS-MPC.
Mỗi phương pháp điều khiển có đặc điểm riêng được trình bày như sau: * Các phương pháp điều khiển tuyến tính Các phương pháp tuyến tính trong đó thường được sử dụng là bộ điều khiển PI. Bộ điều khiển này có ưu điểm thiết kế đơn giản và đáp ứng nhanh. Tuy nhiên bộ điều khiển PI có những nhược điểm là chỉ đạt hiệu quả tốt nhất ở quanh điểm làm việc cân bằng mà khi thiết kế lựa chọn do bản thân mô hình động cơ là phi tuyến. Như vậy khi hệ truyền động tại vùng làm việc rộng, chế độ động khắc nghiệt (tải thay đổi mạnh hoặc có dạng xung) thì chắc chắn đáp ứng động học và chất lượng truyền động điện sẽ bị suy giảm [21]; Bộ điều khiển deadbeat truyền thống hay còn gọi là bộ ĐK bủ thì luôn ưu tiên hàng đầu tốc độ đáp ứng hữu hạn.
Bộ ĐK deadbeat truyền thống có 8 đặc điểm dẫn dắt biến ra theo một quỹ đạo thời gian do người thiết kế xác định, sao cho giá trị thực đuôi kip va bám giá trị đặt sau một lượng hữu hạn N chu kỳ trích mẫu vân được áp dụng trong nghiên cứu lý thuyêt và thực tiên [22], [23]; Bộ điêu khiên deadbeat cải tiến dòng stator khắc phục nhược điểm nhạy với thông số động cơ của bộ ĐK deadbeat truyền thống dòng stator thông qua ma trận L và bộ điều khiển này đã tách kênh thành công các thành phân dòng điện được thê hiện qua hàm truyên hở Gi(2) [24]; Tuy nhiên bộ điều khiển này phụ thuộc vào tham số động cơ và vi xử lý khi triển khai thực nghiệm. Bộ điều khiển tuyến tính Active Disturbance Rejection Control (ADRC) là bộ điêu khiên ADRC kêt hợp với bộ quan sát ESO (Extended State Observer) để ước lượng nhiễu và sai số mô hình. Mặc dù chỉ có một mô hình với độ chính xác không cao, thì vẫn có thê thiết kế được một bộ điều khiển có chất lượng tôt, mạnh mẽ chông lại các biên động cho đôi tượng thực tê, do đó gián tiêp giúp đơn giản hóa mô hình. Bộ điều khiển tuyến tính ADRC khắc phục được nhược điểm của bộ điều khiển PID hay PI là khắc phục được hiện tượng bão hòa tích phân, tích cực loại bỏ nhiêu và bộ điêu khiên ít phụ thuộc vào thông sô động cơ.
Vì vậy bộ điều khiển này hứa hẹn phát triển trong tương lai [25] và [22]. * Các phương pháp điều khiển phi tuyến Các phương pháp điều khiến phi tuyến cho mạch đòng vòng điện phổ biến: Phương pháp tuyến tính hóa chính xác (exact linearization) sử dụng phản hồi trạng thái để chuyển hệ phương trình dong điện phi tuyến sang quan hệ tuyến tính vào - ra, từ đó có thê áp dụng các bộ điều chỉnh tuyến tính thông thường. Phương pháp này phải đo lường đầy đủ các trạng thái cần thiết, loại bỏ chính xác thành phần phi tuyến và thiết kế bộ điều khiển riêng rẽ cho mức từ thông rotor. Phương pháp điều khiển này đã tách kênh dòng stator thành công khi thực hiện chuyên hệ tọa độ, để đưa đối tượng dòng phi tuyến về tuyến tính.
Tuy nhiên phương pháp điều khiển này phụ thuộc vào phép đo các biến trạng thái, nếu phép đo không chính xác, sẽ có thể dẫn đến vấn đề mắt bền vững nghiêm trọng [26]; Phương pháp điều khiển tựa phẳng (flatness) cho phép tính toán đưa trực tiếp các tín hiệu đầu ra mong muốn này về làm giá trị đặt đầu vào, dẫn tới một cấu trúc điều khiển mà giá trị cần điều khiển của hệ lại là đầu vào điều khiển, gọi là mô hình ngược.