Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Trần Hùng Cường, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Trần Trọng Minh và TS. Phạm Việt Phương tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (bảo vệ năm 2020), tập trung giải quyết các vấn đề cấu trúc, thuật toán điều chế và điều khiển bộ biến đổi đa mức cấu trúc mô-đun (Modular Multilevel Converter - MMC).

Trong lĩnh vực điện tử công suất, các bộ biến đổi đa mức là giải pháp chuyển đổi năng lượng cho các ứng dụng công suất lớn và điện áp cao (từ trung áp MV trên 1 kV đến 60 kV, đến cao áp HV 110 kV đến 220 kV). Dù MMC sở hữu nhiều ưu điểm nhờ tính mô-đun hóa, khả năng chịu áp của van bán dẫn nhỏ và không đòi hỏi biến áp hay bộ lọc cồng kềnh, cấu trúc này tồn tại những thách thức kỹ thuật cốt lõi:

  • Thuật toán điều chế nhiều sóng mang trở nên phức tạp khi số mức điện áp tăng cao.
  • Điện áp trên các tụ điện một chiều (DC) của các khối mô-đun phụ (Sub-Module - SM) bị mất cân bằng giữa các pha và giữa các nhánh van trong cùng một pha.
  • Xuất hiện dòng điện vòng (circulating current) chạy khép kín giữa các nhánh van mang các thành phần sóng hài bậc chẵn (bậc 2, bậc 4...), làm tăng tổn hao chuyển mạch và gây dao động điện áp tụ DC.

Các mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định cụ thể như sau:

  1. Xây dựng thuật toán điều chế cho bộ biến đổi MMC có khả năng mở rộng để tạo số mức điện áp bất kỳ với tần số đóng cắt thấp và giảm tổng độ méo sóng hài (THD).
  2. Thiết kế thuật toán điều khiển cân bằng điện áp trên các tụ điện DC của các SM và thuật toán điều khiển triệt tiêu các thành phần sóng hài bậc cao trong dòng điện vòng.
  3. Thiết kế hệ thống điều khiển cho các ứng dụng tiêu biểu của MMC trong hệ thống điện, bao gồm chế độ nối lưới xoay chiều ba pha không dùng máy biến áp và ứng dụng trong thiết bị bù đồng bộ tĩnh phân phối (D-STATCOM) để bù công suất phản kháng.
  4. Xây dựng mô hình thực nghiệm phần cứng bộ biến đổi MMC ba pha sử dụng vi mạch số lập trình được FPGA AX309 Xilinx để kiểm chứng tính đúng đắn của các thuật toán đề xuất.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là bộ biến đổi đa mức MMC, các phương pháp điều chế (NLM, PWM, SVM), phương pháp điều khiển dự báo (MPC), phương pháp điều khiển dòng điện vòng và cân bằng tụ, cùng các ứng dụng nối lưới và D-STATCOM. Phạm vi nghiên cứu về lý thuyết bao gồm mô hình hóa toán học trạng thái liên tục, xây dựng các cấu trúc điều khiển tuyến tính PI kết hợp bộ cộng hưởng tỷ lệ (PR) và điều khiển dự báo hữu hạn trạng thái. Phạm vi thực nghiệm tập trung vào mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink và chế tạo phần cứng thực nghiệm với cấu hình các SM sử dụng van IGBT, mạch đo, mạch driver cách ly và bộ xử lý số FPGA AX309 Xilinx.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án phân loại rõ ràng tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế:

  • Tình hình nghiên cứu trong nước: Các nghiên cứu về điện tử công suất tại Việt Nam chủ yếu tập trung vào các bộ biến đổi chỉnh lưu AC/DC, biến đổi AC/AC, biến đổi DC/DC, nghịch lưu DC/AC độc lập, biến tần gián tiếp AC/DC/AC và biến tần ma trận (Matrix Converter). Tuy nhiên, chưa có công trình nào nghiên cứu chi tiết và hệ thống về thuật toán điều chế, điều khiển tối ưu hóa và phát triển ứng dụng cho bộ biến đổi đa mức MMC với khả năng mở rộng số mức tùy ý.
  • Tình hình nghiên cứu ngoài nước: Cấu trúc MMC lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 2000 bởi Marquardt và Lesnicar nhằm phát triển cấu hình biến đổi điện năng công suất lớn, điện áp cao. Sau đó, các công trình quốc tế phát triển theo ba nhánh chính:
    • Mô hình hóa và cấu trúc mạch lực: Nghiên cứu đặc tính động học của các nhánh van và cuộn cảm nhánh $L_o$.
    • Phương pháp điều chế: Phương pháp điều chế mức gần nhất (Nearest Level Modulation - NLM) phù hợp khi số lượng SM lớn nhưng gặp khó khăn trong tự cân bằng tụ; phương pháp điều chế độ rộng xung đa sóng mang (PS-PWM, LS-PWM) dễ thực hiện nhưng van phải đóng cắt ở tần số cao; phương pháp điều chế vector không gian (Space Vector Modulation - SVM) cho chất lượng sóng hài tốt nhưng khối lượng tính toán tăng nhanh theo số mức.
    • Phương pháp điều khiển: Các nghiên cứu tập trung vào cân bằng điện áp tụ điện SM, suy giảm sóng hài dòng điện vòng và triển khai MMC trong hệ thống truyền tải điện cao áp một chiều (HVDC), hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS), năng lượng mặt trời và bù công suất phản kháng STATCOM.

Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống nghiên cứu về việc xây dựng thuật toán điều chế SVM mở rộng cho số mức bất kỳ kết hợp trật tự chuyển mạch tối ưu; đề xuất giải pháp điều khiển dự báo (MPC) khai thác các trạng thái vector dư của SVM để cân bằng điện áp trung bình tụ điện; và kết hợp bộ điều khiển PI với bộ cộng hưởng PR nhằm triệt tiêu các thành phần sóng hài bậc chẵn của dòng điện vòng mà không đòi hỏi tăng kích thước cuộn cảm nhánh $L_o$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng các nền tảng lý thuyết và công cụ phân tích sau:

  • Cơ sở lý thuyết:
    • Lý thuyết mạch điện và biến đổi công suất trong hệ tọa độ tĩnh $\alpha\beta$ (phép biến đổi Clarke) và hệ tọa độ quay đồng bộ $dq$ (phép biến đổi Park).
    • Lý thuyết điều chế vector không gian (SVM) trên hệ tọa độ không vuông góc $gh$ và $abc$, phân chia không gian vector thành 6 sector và các tam giác nhỏ để xác định thời gian tác động của 3 vector điện áp gần nhất.
    • Lý thuyết điều khiển dự báo trên tập hữu hạn trạng thái (FCS-MPC) thiết lập hàm mục tiêu tối ưu hóa sai lệch điện áp tụ điện.
    • Lý thuyết điều khiển cộng hưởng tỷ lệ (PR) nhằm triệt tiêu sai lệch tĩnh tại các tần số sóng hài bậc 2 và bậc 4 mà bộ điều khiển PI thông thường không xử lý triệt để.
  • Phương pháp nghiên cứu:
    • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và mô hình hóa: Thiết lập mô hình trung bình trạng thái liên tục (continuous average model) mô tả động lực học của dòng điện nhánh, điện áp đầu ra, điện áp tụ điện và dòng điện vòng của MMC.
    • Phương pháp mô phỏng số: Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống MMC hoàn chỉnh trên phần mềm Matlab-Simulink, phân tích phổ sóng hài Fourier (FFT) để đánh giá chỉ số THD của dòng điện và điện áp theo tiêu chuẩn quy định tại Thông tư 39/2015/TT-BCT (THD không vượt quá 6,5% đối với lưới trung và hạ áp).
    • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Chế tạo phần cứng hoàn chỉnh gồm khối mạch lực SM dạng nửa cầu (nửa cầu H với 2 khóa IGBT), mạch đo dòng/áp, mạch đệm chuyển đổi tương tự - số ADC (IC MCP3208), mạch tạo thời gian chết (Dead Time), mạch driver cách ly quang và lập trình nhúng thuật toán điều khiển trên bo mạch FPGA AX309 Xilinx.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu tính toán lý thuyết, số liệu trích xuất từ các khối mô phỏng Matlab-Simulink và các giản đồ sóng đo đạc thực tế từ máy hiện sóng trên mô hình thực nghiệm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về bộ biến đổi đa mức MMC

Chương này phân tích chi tiết cấu trúc mạch lực ba pha của MMC. Mỗi pha gồm hai nhánh van (nhánh trên $H$ và nhánh dưới $L$), mỗi nhánh chứa $N$ mô-đun phụ (SM) mắc nối tiếp dưới nguồn điện áp một chiều chung $V_{DC}$. Điểm giữa của hai cuộn cảm nhánh $L_o$ và điện trở nhánh $R_o$ là đầu ra xoay chiều $v_x$.

Mô-đun phụ dạng nửa cầu gồm 2 van IGBT ($S_1, S_2$) và một tụ điện $C_{SM}$ với điện áp định mức $V_C = V_{DC}/N$. Hoạt động của SM được xác định qua 4 trạng thái đóng cắt:

Trạng thái van $S_1$ Trạng thái van $S_2$ Chiều dòng điện nhánh Điện áp ngõ ra $V_{SM}$ Trạng thái tụ điện
0 (OFF) 1 (ON) Dương ($i > 0$) 0 Bị bỏ qua (Bypass - Nối tắt qua $S_2$)
1 (ON) 0 (OFF) Dương ($i > 0$) $V_C$ Được chèn (Insert - Nạp qua $D_1$)
1 (ON) 0 (OFF) Âm ($i < 0$) $V_C$ Được chèn (Insert - Xả qua $S_1$)
0 (OFF) 1 (ON) Âm ($i < 0$) 0 Bị bỏ qua (Bypass - Nối tắt qua $D_2$)

Chương 1 cũng chỉ ra các yêu cầu kỹ thuật: độ lệch điện áp tụ không vượt quá 10%, giới hạn THD dòng/áp đầu ra $\le 6,5%$, đồng thời phân tích cơ chế hình thành dòng điện vòng $i_{vx}$ do sự chênh lệch điện áp tức thời giữa các nhánh van mang thành phần dao động có tần số gấp đôi tần số cơ bản ($2\omega$).

Chương 2: Mô hình hóa bộ biến đổi MMC

Chương 2 xây dựng mô hình trạng thái liên tục của MMC khi nối tải R-L và khi nối lưới. Từ định luật Kirchhoff, dòng điện xoay chiều đầu ra $i_x$ và dòng điện vòng $i_{vx}$ được biểu diễn: $$i_x = i_{Hx} - i_{Lx}$$ $$i_{vx} = \frac{i_{Hx} + i_{Lx}}{2}$$

Phương trình vi phân mô tả điện áp ra $v_x$ và dòng điện vòng $i_{vx}$: $$v_x = \frac{v_{Lx} - v_{Hx}}{2} - \frac{L_o}{2}\frac{di_x}{dt} - \frac{R_o}{2}i_x$$ $$L_o \frac{di_{vx}}{dt} + R_o i_{vx} = \frac{V_{DC} - (v_{Lx} + v_{Hx})}{2} = v_{diff_x}$$

Công suất tức thời mỗi pha $P_x$ được xác định gồm ba thành phần: thành phần một chiều truyền công suất, thành phần tần số cơ bản xoay chiều và thành phần dao động tần số $2\omega$ gây đập mạch điện áp tụ.

Chương này cũng phân tích và so sánh phương pháp điều chế mức gần nhất NLM cổ điển và NLM cải tiến:

Tiêu chí so sánh Phương pháp NLM cổ điển Phương pháp NLM cải tiến
Hàm làm tròn số SM Sử dụng hàm làm tròn round_0.5 Sử dụng hàm làm tròn round_0.25
Tổng số SM chèn vào trong 1 pha Cố định bằng $N$ ($N_H + N_L = N$) Dao động giữa $N$ và $N+1$
Số mức điện áp đầu ra tạo được $N + 1$ mức $2N + 1$ mức
Kích thước bước nhảy điện áp ($v_{step}$) $V_C$ $0,5 V_C$
Sai lệch lớn nhất giữa $v_{ref}$ và $v_{step}$ $0,5 V_C$ $0,25 V_C$

Đồng thời, chương 2 khảo sát các phương pháp điều chế độ rộng xung đa sóng mang dịch mức LS-PWM (gồm các dạng sóng mang IPD, APOD, POD) và dịch pha PS-PWM.

Chương 3: Phương pháp điều chế SVM cho BBĐ MMC

Trọng tâm của chương 3 là phát triển thuật toán điều chế vector không gian (SVM) cho bộ biến đổi MMC:

  • Biểu diễn vector không gian trên hệ tọa độ $gh$ và $abc$, phân chia mặt phẳng vector thành các sector và xác định các tam giác nhỏ $D_1, D_2$. Thuật toán tính toán hệ số điều chế dựa trên 3 vector trạng thái gần nhất (Nearest Vector Modulation - NVM).
  • Thiết lập quy luật sắp xếp trật tự chuyển mạch tối ưu nhằm giảm thiểu tối đa số lần đóng cắt của van bán dẫn trong một chu kỳ điều chế $T_s$, giúp giảm tổn thất chuyển mạch và hạn chế THD.
  • Ứng dụng điều khiển dự báo (MPC) để cân bằng giá trị trung bình điện áp tụ điện giữa các nhánh van: Luận án tận dụng các trạng thái vector dư thừa của SVM để tính toán dự báo biến trạng thái ở chu kỳ kế tiếp $(k+1)$. Hàm mục tiêu $J_{Vmin}$ được tối ưu hóa để tìm ra chỉ số chèn tối ưu $k_{Opt}$, đảm bảo điện áp trung bình trên tụ luôn bám sát giá trị đặt $V_{DC}/N$.
  • Thiết kế bộ điều khiển triệt tiêu sóng hài bậc cao của dòng điện vòng $i_{vx}$ bằng cách kết hợp khâu điều khiển PI với bộ cộng hưởng PR điều chỉnh tại tần số $2\omega$.
  • Kết quả mô phỏng trên Matlab-Simulink đối với MMC 13 mức chứng minh dòng điện vòng được làm phẳng, điện áp các tụ điện duy trì cân bằng và sóng hài điện áp/dòng điện tải giảm rõ rệt.

Chương 4: Hệ thống điều khiển cho các ứng dụng của MMC

Chương 4 thiết kế và kiểm chứng cấu trúc điều khiển cho hai ứng dụng thực tế của MMC:

  1. Bộ biến đổi MMC nối lưới điện xoay chiều ba pha không dùng máy biến áp:
    • Xây dựng cấu trúc điều khiển dòng điện độc lập trên hệ tọa độ quay $dq$ ($i_d$ điều khiển công suất tác dụng $P$, $i_q$ điều khiển công suất phản kháng $Q$).
    • Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống đáp ứng nhanh, dòng điện bơm lên lưới có dạng sin đồng pha với điện áp lưới, chất lượng sóng hài đáp ứng tiêu chuẩn.
  2. Hệ thống bù đồng bộ tĩnh D-STATCOM dựa trên MMC:
    • Phân tích nguyên lý làm việc của D-STATCOM qua 3 trạng thái vận hành: phát công suất phản kháng (chế độ điện dung), hấp thụ công suất phản kháng (chế độ điện cảm), và không trao đổi công suất phản kháng.
    • Thiết kế mạch vòng điều khiển điện áp một chiều $V_{DC}$ kết hợp mạch vòng điều khiển dòng điện phản kháng $i_q$.
    • Kết quả mô phỏng khẳng định MMC-DSTATCOM bù công suất phản kháng chính xác, ổn định điện áp DC và duy trì cân bằng điện áp trên các tụ điện của các SM.

Chương 5: Thiết kế xây dựng hệ thống thực nghiệm bộ biến đổi MMC

Chương 5 trình bày toàn bộ quy trình thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống thực nghiệm MMC trong phòng thí nghiệm:

  • Thiết kế mạch lực: Chế tạo các bo mạch mô-đun chuẩn, mỗi bo mạch gồm 2 SM sử dụng van bán dẫn IGBT. Hệ thống hoàn chỉnh gồm 12 SM trên mỗi pha.
  • Thiết kế mạch phụ trợ:
    • Mạch đo lường dòng điện nhánh và điện áp tụ điện sử dụng cảm biến cách ly.
    • Mạch đệm và chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số ADC sử dụng vi mạch MCP3208.
    • Mạch tạo thời gian trễ (Dead Time) và mạch driver cách ly quang cấp xung kích hoạt cực cổng IGBT.
  • Hệ thống điều khiển số: Nhúng thuật toán điều khiển và phát xung PWM, NLM, SVM trên kit xử lý số FPGA AX309 Xilinx.
  • Kết quả thực nghiệm: Đo đạc và thu thập dạng sóng điện áp nhánh trên, nhánh dưới, điện áp ra ba pha trên tải xoay chiều, dòng điện tải, điện áp tụ điện trên các SM và dòng điện vòng. Các kết quả thực nghiệm hoàn toàn trùng khớp với phân tích lý thuyết và mô phỏng.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các kết quả và đóng góp mới về mặt khoa học cũng như kỹ thuật thực tiễn:

  1. Đóng góp về lý luận và thuật toán:
    • Hoàn thiện phương pháp điều chế mức gần nhất NLM cải tiến sử dụng hàm làm tròn round_0.25, giúp tăng số mức điện áp đầu ra từ $N+1$ lên $2N+1$ mức, giảm một nửa biên độ bước nhảy điện áp và giảm sai lệch điện áp so với NLM cổ điển.
    • Phát triển thuật toán điều chế vector không gian SVM tổng quát cho MMC có khả năng mở rộng cho số mức bất kỳ, thiết lập trật tự chuyển mạch tối ưu giúp giảm tần số đóng cắt của van IGBT.
    • Đề xuất giải pháp điều khiển dự báo (MPC) khai thác các vector trạng thái dư của SVM để cân bằng giá trị trung bình điện áp tụ điện giữa các nhánh pha, giảm bớt khối lượng tính toán sắp xếp tụ truyền thống.
    • Thiết lập cấu trúc điều khiển kết hợp bộ điều khiển PI và khâu cộng hưởng PR để triệt tiêu hiệu quả các thành phần sóng hài bậc chẵn (bậc 2, bậc 4) của dòng điện vòng.
  2. Đóng góp về mặt thực tiễn và ứng dụng:
    • Xây dựng thành công cấu trúc điều khiển hoàn chỉnh cho MMC nối lưới trực tiếp và hệ thống bù đồng bộ tĩnh D-STATCOM bù công suất phản kháng.
    • Thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh mô hình thực nghiệm phần cứng MMC với 12 SM/pha, lập trình nhúng thành công toàn bộ thuật toán điều chế và điều khiển trên kit FPGA AX309 Xilinx.
  3. Kiến nghị và giải pháp đề xuất:
    • Ứng dụng cấu trúc MMC đề xuất vào các trạm biến đổi truyền tải điện cao áp một chiều (HVDC) và các trạm bù tĩnh STATCOM trong hệ thống điện Việt Nam.
    • Sử dụng thuật toán NLM cải tiến cho các cấu hình MMC có số lượng SM lớn và thuật toán SVM kết hợp MPC cho các cấu hình MMC yêu cầu chất lượng sóng hài cao ở dải công suất trung bình.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung và phạm vi nghiên cứu được công bố trong văn bản luận án, các hạn chế và hướng phát triển tiếp theo được xác định như sau:

  • Hạn chế:
    • Mô hình thực nghiệm phần cứng mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm với công suất và cấp điện áp hạ áp, chưa thử nghiệm trực tiếp ở cấp điện áp trung áp hay cao áp thực tế.
    • Khi số lượng mô-đun phụ SM tăng lên rất lớn trong các ứng dụng cao thế hàng trăm mức, khối lượng tính toán của thuật toán điều khiển dự báo MPC và điều chế SVM sẽ tăng theo, đặt ra yêu cầu cao hơn về năng lực xử lý thời gian thực của phần cứng vi xử lý.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu tối ưu hóa thuật toán tính toán song song trên FPGA để giảm thiểu thời gian thực thi của bộ điều khiển dự báo MPC khi số mức điện áp tăng cao.
    • Nghiên cứu chiến lược điều khiển vận hành MMC trong điều kiện lưới điện xoay chiều bị sự cố bất đối xứng hoặc sụt giảm điện áp nghiêm trọng.
    • Nghiên cứu thuật toán phát hiện sự cố hỏng van bán dẫn hoặc tụ điện trong các SM và phát triển giải pháp điều khiển dung lỗi (tự động cô lập SM lỗi và tái cấu hình mạch lực) nhằm nâng cao độ tin cậy liên tục của hệ thống.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn trong lĩnh vực Kỹ thuật Điều khiển, Tự động hóa và Điện tử công suất:

  • Đối với nghiên cứu sinh và học viên cao học: Luận án cung cấp phương pháp luận chi tiết về mô hình hóa toán học các hệ thống biến đổi đa mức phi tuyến, kỹ thuật phân tích vector không gian nhiều mức và phương pháp áp dụng điều khiển dự báo MPC.
  • Đối với giảng viên và nhà nghiên cứu: Là tài liệu tham khảo cho các môn học chuyên đề về Điện tử công suất nâng cao, Truyền tải điện linh hoạt (FACTS), Trạm biến đổi HVDC và Lập trình điều khiển số trên vi mạch FPGA.
  • Đối với kỹ sư thiết kế phần cứng và hệ thống điện: Các sơ đồ nguyên lý mạch lực SM, mạch đo dòng/áp cách ly, mạch lái IGBT, mạch ADC MCP3208 và lưu đồ thuật toán lập trình trên FPGA AX309 Xilinx (trình bày tại Chương 5 và các Phụ lục) có giá trị ứng dụng trực tiếp trong thiết kế chế tạo các bộ biến đổi công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấu trúc mô-đun phụ (Sub-Module - SM) được sử dụng trong luận án có cấu tạo và nguyên lý tạo mức điện áp như thế nào?
Luận án sử dụng cấu trúc SM dạng nửa cầu gồm 2 van bán dẫn IGBT ($S_1, S_2$) và một tụ điện $C_{SM}$. Tùy theo trạng thái đóng cắt của $S_1, S_2$ và chiều dòng điện nhánh, SM tạo ra hai mức điện áp đầu ra: mức 0 (trạng thái bypass khi $S_1$ tắt, $S_2$ bật) hoặc mức điện áp tụ $V_C = V_{DC}/N$ (trạng thái insert khi $S_1$ bật, $S_2$ tắt).

2. Điểm khác biệt cốt lõi giữa phương pháp điều chế NLM cổ điển và NLM cải tiến trong luận án là gì?
Phương pháp NLM cổ điển sử dụng hàm làm tròn round_0.5, giữ tổng số SM được bật trên mỗi pha cố định bằng $N$, tạo ra $N+1$ mức điện áp đầu ra với bước nhảy $V_C$. Phương pháp NLM cải tiến sử dụng hàm làm tròn round_0.25, cho phép tổng số SM được bật dao động giữa $N$ và $N+1$, giúp tăng gấp đôi số mức điện áp lên $2N+1$ mức và giảm kích thước bước nhảy xuống $0,5 V_C$.

3. Tại sao dòng điện vòng xuất hiện trong MMC và tác giả giải quyết vấn đề này bằng phương pháp nào?
Dòng điện vòng $i_{vx}$ xuất hiện do sự chênh lệch điện áp tức thời giữa các nhánh van sinh ra từ quá trình phóng nạp tụ điện, mang thành phần xoay chiều tần số $2\omega$. Tác giả giải quyết bằng cách thiết kế bộ điều khiển kết hợp giữa khâu vi tích phân tỷ lệ PI và khâu cộng hưởng tỷ lệ PR để triệt tiêu trực tiếp các thành phần sóng hài bậc chẵn trong dòng điện vòng.

4. Thuật toán điều khiển dự báo (MPC) được tác giả kết hợp với điều chế SVM nhằm mục đích gì?
Tác giả sử dụng MPC để khai thác các trạng thái vector dư thừa của phép điều chế SVM, dự báo sự biến thiên điện áp tụ ở chu kỳ kế tiếp và tối ưu hóa hàm mục tiêu $J_{Vmin}$ nhằm lựa chọn vector đóng cắt tối ưu $k_{Opt}$. Giải pháp này đảm bảo cân bằng giá trị trung bình điện áp tụ điện giữa các nhánh van mà không gây áp lực tính toán sắp xếp liên tục từng tụ điện đơn lẻ.

5. Hệ thống thực nghiệm phần cứng của luận án được xây dựng dựa trên những thành phần chính nào?
Mô hình thực nghiệm gồm 12 SM mỗi pha sử dụng van IGBT, mạch đo dòng điện và điện áp tụ cách ly, mạch đệm ADC với vi mạch MCP3208, mạch Dead Time, mạch driver điều khiển cực cổng IGBT và khối xử lý điều khiển trung tâm được lập trình trên kit FPGA AX309 Xilinx.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Hùng Cường đã giải quyết trọn vẹn các vấn đề lý thuyết và thực nghiệm then chốt của bộ biến đổi đa mức module hóa MMC. Tác giả đã xây dựng thành công mô hình toán học trạng thái liên tục, phát triển thuật toán điều chế NLM cải tiến và điều chế SVM tối ưu chuyển mạch cho số mức bất kỳ. Các giải pháp điều khiển dự báo MPC cân bằng điện áp tụ điện và điều khiển PI kết hợp PR triệt tiêu sóng hài dòng điện vòng đã được kiểm chứng tính chính xác thông qua mô phỏng Matlab-Simulink và mô hình thực nghiệm phần cứng nhúng trên kit FPGA AX309 Xilinx. Công trình cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp kỹ thuật tin cậy cho việc phát triển các bộ biến đổi công suất lớn trong hệ thống truyền tải điện và bù công suất phản kháng.