I. Tổng quan về bộ biến đổi đa mức
Bộ biến đổi đa mức (BBĐ) đã trở thành một giải pháp quan trọng trong lĩnh vực điện tử công suất, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu công suất lớn và điện áp cao. Công suất đa mức cho phép tạo ra điện áp dạng sin từ các bước điện áp nhỏ hơn, giúp giảm thiểu tổn hao năng lượng và cải thiện hiệu suất. Cấu trúc của BBĐ đa mức, đặc biệt là bộ biến đổi mô đun hóa MMC, cho phép sử dụng các linh kiện bán dẫn với kích thước nhỏ hơn, từ đó dễ dàng hơn trong thiết kế nhiệt và bảo trì. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các phương pháp điều chế và điều khiển cho BBĐ MMC, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu sóng hài. Theo đó, việc điều chế cho BBĐ MMC không chỉ cần đảm bảo giảm tần số đóng cắt của van bán dẫn mà còn phải giảm thiểu tổng độ méo sóng hài (THD) trên dạng sóng điện áp ra.
1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Tình hình nghiên cứu về bộ biến đổi bán dẫn đa mức đã có nhiều tiến bộ đáng kể cả trong và ngoài nước. Các nghiên cứu trong nước chủ yếu tập trung vào việc cải tiến các phương pháp điều chế và tối ưu hóa hiệu suất của BBĐ MMC. Trong khi đó, các nghiên cứu quốc tế đã phát triển nhiều phương pháp điều khiển tiên tiến, như điều khiển dự báo và điều khiển dựa trên mô hình, nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Việc áp dụng các công nghệ mới trong công nghệ bán dẫn và hệ thống điều khiển đã mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho BBĐ đa mức.
II. Mô hình hóa bộ biến đổi MMC
Mô hình hóa là một phần quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển BBĐ MMC. Mô hình trạng thái liên tục của BBĐ MMC khi nối tải R-L cho phép phân tích và dự đoán hành vi của hệ thống trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Việc xây dựng mô hình cho BBĐ MMC trong chế độ nối lưới cũng rất cần thiết để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống. Các phương pháp điều chế cơ bản như Điều chế mức gần nhất (NLM) và Điều chế véc tơ không gian (SVM) đã được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất của BBĐ MMC. Mô phỏng các phương pháp điều chế này giúp đánh giá hiệu quả và khả năng ứng dụng trong thực tế.
2.1 Mô hình trạng thái liên tục của BBĐ MMC
Mô hình trạng thái liên tục của BBĐ MMC khi nối tải R-L cho phép phân tích các thông số quan trọng như điện áp, dòng điện và công suất. Mô hình này giúp xác định các điều kiện hoạt động tối ưu cho BBĐ MMC, từ đó cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Việc áp dụng các phương pháp điều chế như NLM và SVM trong mô hình hóa giúp giảm thiểu sóng hài và tối ưu hóa quá trình điều khiển. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng mô hình hóa chính xác có thể dẫn đến những cải tiến đáng kể trong hiệu suất của BBĐ MMC.
III. Phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC
Phương pháp điều chế véc tơ không gian (SVM) là một trong những phương pháp tiên tiến nhất được áp dụng cho BBĐ MMC. Phương pháp này cho phép tối ưu hóa quá trình điều chế bằng cách sử dụng các vector trạng thái để điều khiển các van bán dẫn. Việc xác định các vector trạng thái trong các sector là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất cao và giảm thiểu sóng hài. Thực hiện quy luật điều chế SVM cho MMC không chỉ giúp cải thiện chất lượng điện áp ra mà còn giảm thiểu tổn hao năng lượng trong quá trình chuyển mạch. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng phương pháp SVM có thể đạt được hiệu suất cao trong việc điều khiển BBĐ MMC.
3.1 Trạng thái khóa bán dẫn và vector trạng thái
Trạng thái khóa bán dẫn và vector trạng thái là hai yếu tố quan trọng trong việc áp dụng phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC. Việc xác định trạng thái khóa bán dẫn giúp tối ưu hóa quá trình chuyển mạch, từ đó giảm thiểu tổn hao năng lượng. Các vector trạng thái được sử dụng để điều khiển các van bán dẫn, đảm bảo rằng điện áp ra đạt được chất lượng cao nhất. Nghiên cứu này sẽ phân tích chi tiết về cách thức hoạt động của các vector trạng thái và ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất của BBĐ MMC.
IV. Hệ thống điều khiển cho các ứng dụng của MMC
Hệ thống điều khiển cho BBĐ MMC đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Việc thiết kế bộ điều khiển dòng điện và công suất tác dụng, công suất phản kháng là cần thiết để tối ưu hóa hoạt động của BBĐ MMC trong các ứng dụng thực tế. Các ứng dụng như D-STATCOM bù công suất phản kháng dựa trên MMC đã cho thấy hiệu quả cao trong việc cải thiện chất lượng điện năng. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp điều khiển tiên tiến có thể nâng cao đáng kể hiệu suất của hệ thống.
4.1 Thiết kế bộ điều khiển dòng điện
Thiết kế bộ điều khiển dòng điện cho BBĐ MMC là một phần quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống. Bộ điều khiển này cần phải đáp ứng nhanh chóng với các thay đổi trong tải và điều kiện hoạt động. Việc áp dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến giúp cải thiện khả năng phản ứng của hệ thống, từ đó nâng cao hiệu suất và độ tin cậy. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bộ điều khiển dòng điện được thiết kế hợp lý có thể giảm thiểu sóng hài và tối ưu hóa quá trình chuyển đổi năng lượng.
