Tổng quan luận án

Tình trạng sử dụng ngày càng phổ biến các thiết bị bán dẫn công suất và tải phi tuyến trong công nghiệp đã gây ra hiện tượng méo dạng dòng điện, phát sinh các thành phần sóng hài bậc cao và làm suy giảm hệ số công suất trên hệ thống lưới điện ba pha. Các giải pháp lọc thụ động truyền thống bằng mạch $R-L-C$ bộc lộ nhiều hạn chế về kích thước, khả năng cộng hưởng lưới và tính kém thích nghi khi phụ tải biến đổi ngẫu nhiên. Bộ lọc nguồn tích cực ba pha mắc song song (Shunt Active Power Filter – SAPF) sử dụng bộ nghịch lưu nguồn áp (Voltage Source Inverter – VSI) là giải pháp hiệu quả để triệt tiêu sóng hài và bù công suất phản kháng. Tuy nhiên, các kỹ thuật điều khiển với tham số cố định kinh điển (như bộ điều khiển PI truyền thống) gặp nhiều khó khăn trong việc thích ứng với các biến động phức tạp của tải phi tuyến, sự mất cân bằng của nguồn điện, cũng như việc duy trì ổn định điện áp trên tụ một chiều ($U_{dc}$) và giải quyết quá trình quá độ khi nối lưới.

Luận án của nghiên cứu sinh Huỳnh Lê Minh Thiện với đề tài "Phát triển giải pháp điều khiển thích nghi cho bộ lọc tích cực ba pha" (Mã số chuyên ngành: 9520216 – Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa) tập trung giải quyết bài toán phát triển các cấu trúc điều khiển thích nghi cho SAPF. Các mục tiêu nghiên cứu cụ thể được xác định bao gồm:

  1. Đề xuất cấu hình bộ lọc nguồn tích cực ba pha mắc song song phù hợp với yêu cầu nâng cao chất lượng điện năng.
  2. Xây dựng mô hình giải tích và phát triển các giải thuật điều khiển thích nghi trên cấu hình đã đề xuất nhằm tự động cập nhật thông số điều khiển theo biến động của hệ thống.
  3. Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng và thiết kế mô hình thực nghiệm phần cứng.
  4. Ghi nhận, phân tích, so sánh các kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm nhằm kiểm chứng khả năng bù hài, bù công suất phản kháng và ổn định điện áp tụ.
  5. Tổng hợp các kết quả khoa học để công bố và hoàn thiện báo cáo luận án tiến sĩ.

Về đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Các giải pháp điều khiển thích nghi cho bộ lọc nguồn tích cực ba pha mắc song song (SAPF) dựa trên cấu trúc nghịch lưu nguồn áp (VSI) dưới tác động của tải phi tuyến và nguồn điện không lý tưởng.
  • Phạm vi không gian và thời gian: Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh, hoàn thành và bảo vệ vào năm 2022.
  • Phạm vi công suất và tiêu chuẩn kỹ thuật: Mô hình thực nghiệm được giới hạn ở quy mô phòng thí nghiệm với công suất định mức 5 kW. Các tiêu chuẩn chất lượng điện áp dụng dựa trên tiêu chuẩn của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) và quy chuẩn Việt Nam: tổng độ méo hài dòng điện nguồn $THD_i \le 6%$, tổng độ méo hài điện áp nguồn $THD_v \le 6%$, và hệ số công suất $PF \ge 0.95$ (điện áp và dòng điện nguồn đồng pha).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án điểm lại các mốc phát triển của bộ lọc tích cực và các giải pháp điều khiển liên quan:

  • Năm 1976, L. Strycula lần đầu giới thiệu bộ lọc tích cực làm nhiệm vụ bù dòng điện phi tuyến, lọc hài và bù công suất phản kháng.
  • Cùng năm 1976, Harashima và cộng sự công bố công trình đầu tiên đề cập đến thuật ngữ "Instantaneous active and reactive power" cho hệ thống một pha; Gyugyi và Strycula sử dụng thuật ngữ "Instantaneous reactive power". Gyugyi và Pelly cũng đề xuất ý tưởng bù công suất phản kháng không cần khâu tích trữ năng lượng.
  • Năm 1981, Takahashi và các cộng sự bước đầu nghiên cứu lý thuyết công suất tức thời $p-q$.
  • Giai đoạn 1982–1984, H. Akagi đã hoàn thiện và công bố lý thuyết công suất tức thời ($p-q$ theory) trên hệ tọa độ tĩnh $\alpha-\beta-0$, tạo cơ sở toán học cho việc tính toán dòng điện bù trong các bộ lọc tích cực.
  • Phân loại cấu trúc bộ lọc tích cực được tác giả tổng hợp qua bảng phân tích chức năng:
Cấu trúc bộ lọc tích cực Lọc dòng điện Bù công suất phản kháng Cân bằng tải Lọc dòng trung tính Ổn định điện áp Bù méo dạng sóng điện áp
APF nối tiếp (Active Series) ** * *** ***
APF song song (Active Shunt) *** *** * ** * *
APF lai ghép: Nối tiếp + Lọc thụ động song song * ** * ** **
APF lai ghép: Nối tiếp + APF song song *** * * *

Ghi chú từ văn bản: Ký hiệu số lượng dấu (*) thể hiện mức độ hiệu quả ứng dụng của từng tiêu chí chất lượng.

Về phương pháp tính toán dòng điện tham chiếu, tác giả phân loại thành hai nhóm chính:

  • Nhóm phương pháp trong miền thời gian: Lý thuyết công suất tức thời ($P-Q$), lý thuyết hệ quy chiếu đồng bộ ($SRF$), phương pháp tuyến tính hóa và các kỹ thuật lọc thích nghi.
  • Nhóm phương pháp trong miền tần số: Biến đổi Fourier nhanh ($FFT$), biến đổi Fourier rời rạc đệ quy ($R-DFT$), biến đổi Fourier thời gian ngắn ($STFT$), và biến đổi Wavelet.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định: Mặc dù lý thuyết $p-q$ kinh điển trên hệ tọa độ tĩnh $\alpha-\beta$ được áp dụng phổ biến, nhưng khi điện áp nguồn bị méo dạng hoặc không cân bằng, tín hiệu dòng tham chiếu thu được vẫn chứa các thành phần sóng hài bậc cao xoay chiều khiến các bộ điều khiển phản hồi PI thông thường không thể bám sát. Hơn nữa, việc sử dụng các tham số cố định trong khâu điều khiển điện áp tụ liên kết $U_{dc}$ dẫn đến hiện tượng vọt lố, dao động kéo dài khi tải thay đổi đột ngột. Do đó, luận án định vị việc nghiên cứu phát triển các giải pháp điều khiển thích nghi (kết hợp lý thuyết hệ quy chiếu quay đồng bộ $d-q$, kỹ thuật thích nghi mờ Fuzzy-PI, điều khiển trượt Sliding Mode và điều khiển bù dòng điện dự đoán Model-based Predictive Control - MBPC) nhằm khắc phục các tồn tại này.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên nền tảng các lý thuyết toán học và mô hình hóa mạch lực điện tử công suất:

  • Lý thuyết công suất tức thời và chuyển đổi tọa độ: Sử dụng phép biến đổi Clarke chuyển đổi từ hệ tọa độ ba pha tĩnh $abc$ sang hệ tọa độ vuông góc tĩnh $\alpha-\beta-0$: $$x_{\alpha\beta0} = Y \cdot x_{abc}$$ và phép biến đổi Park chuyển sang hệ tọa độ quay đồng bộ $d-q-0$ với tần số góc $\omega$ và góc pha $\theta_0$: $$Y_{dq0} = \frac{2}{3} \begin{bmatrix} \sin(\omega t + \theta_0) & \sin(\omega t + \theta_0 - \frac{2\pi}{3}) & \sin(\omega t + \theta_0 + \frac{2\pi}{3}) \ \cos(\omega t + \theta_0) & \cos(\omega t + \theta_0 - \frac{2\pi}{3}) & \cos(\omega t + \theta_0 + \frac{2\pi}{3}) \ \frac{1}{2} & \frac{1}{2} & \frac{1}{2} \end{bmatrix}$$
  • Mô hình giải tích bộ lọc tích cực ba pha VSI: Hệ phương trình vi phân mô tả mạch lực APF có cuộn lọc $L_f$, điện trở lọc $R_f$ và tụ điện một chiều $C_{dc}$: $$L_f \frac{d}{dt} i_{F\gamma} = e_\gamma - R_f i_{F\gamma} - v_{APF\gamma} \quad (\gamma = a, b, c)$$ $$C_{dc} \frac{d}{dt} U_{dc} = \sum_{\gamma=a,b,c} f_\gamma i_{F\gamma}$$ Khi chuyển đổi sang hệ tọa độ quay đồng bộ $d-q$, các phương trình trạng thái được biểu diễn như sau: $$L_f \frac{d}{dt} i_{Fq} = e_q - R_f i_{Fq} - \omega L_f i_{Fd} - v_{Fq}$$ $$L_f \frac{d}{dt} i_{Fd} = e_d - R_f i_{Fd} + \omega L_f i_{Fq} - v_{Fd}$$ $$C_{dc} \frac{d}{dt} U_{dc} = \frac{3}{2}(f_d i_{Fd} + f_q i_{Fq})$$
  • Kỹ thuật điều khiển thích nghi và tính toán mềm:
    • Bộ điều khiển Fuzzy-PI: Sử dụng suy diễn mờ theo phương pháp Max-Min và giải mờ bằng phương pháp điểm trọng tâm (Center of Gravity) để tự động tinh chỉnh các hệ số $K_P$, $K_I$ trực tuyến theo sai số $e(t) = U_{dc}^* - U_{dc}$ và tốc độ thay đổi sai số $\Delta e(t)$.
    • Điều khiển trượt (Sliding Mode - SM): Xây dựng mặt trượt dựa trên sai số dòng điện, áp dụng hàm ổn định Lyapunov để chứng minh tính hội tụ của hệ thống.
    • Điều khiển bù dòng điện dự đoán (Predictive Current Compensation / MBPC): Sử dụng mô hình toán rời rạc của hệ thống để dự báo trạng thái dòng điện trong chu kỳ lấy mẫu tiếp theo, tìm kiếm điểm cực tiểu $M_i$ nhằm xác định vector đóng ngắt tối ưu cho bộ nghịch lưu.
Hạng mục công cụ Chi tiết phần mềm / Phần cứng được sử dụng trong luận án
Phần mềm mô phỏng PSIM 9, Matlab/Simulink
Phần mềm lập trình vi điều khiển STM32Cube (cho ARM), Code Composer Studio (cho TI DSP)
Phần mềm thu thập và xử lý số liệu Visa Resource Manager (kết nối máy đo với PC), Microsoft Excel, Mendeley
Vi điều khiển / Vi xử lý nhúng ARM STM32H743IITx (lõi 32-bit tốc độ cao), TMS320F283xx (Texas Instruments)
Thiết bị đo lường thực nghiệm Máy hiện sóng số Tektronix, máy phân tích chất lượng điện Fluke

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật điều khiển trong bộ lọc nguồn tích cực

Chương 1 thiết lập cơ sở lý thuyết tổng quan về cấu hình SAPF, phân tích giải tích mạch lọc song song ba pha dựa trên lý thuyết công suất tức thời $p-q$. Tác giả chứng minh toán học cho hai trường hợp vận hành:

  1. Điện áp nguồn ba pha cân bằng: Sau khi mạch lọc bù hoàn toàn thành phần công suất ảo $q$ và thành phần dao động $\tilde{p}$, nguồn chỉ cung cấp lượng công suất tác dụng trung bình không đổi $\bar{p} = 3 v_{+1} i_{+1} = \text{const}$. Dòng điện nguồn đạt dạng hình sin và cùng pha với điện áp ($PF = 1$).
  2. Điện áp nguồn ba pha méo dạng và không cân bằng: Luận án chứng minh rằng không thể đồng thời đạt được hai mục tiêu (công suất nguồn không đổi và dòng điện nguồn hình sin). Tác giả lựa chọn giải pháp điều khiển nhằm đảm bảo mục tiêu dòng điện nguồn có dạng hình sin cân bằng.

Chương này cũng phân tích việc chuyển đổi mô hình từ hệ tọa độ tĩnh $\alpha-\beta$ sang hệ tọa độ quay đồng bộ $d-q$, phân loại các cấu trúc điều khiển APF kinh điển và thích nghi, giới thiệu nguyên lý điều khiển mô hình nội (IMC), điều khiển dự báo MBPC/NMPC, phương pháp tối ưu hóa tìm kiếm dạng cây và nguyên lý "receding horizon".

Chương 2: Hệ thống điện ba pha dưới tác động của tải và bộ lọc nguồn tích cực

Nội dung chương 2 tập trung vào việc mô hình hóa toán học và xây dựng mô hình mô phỏng cho toàn bộ hệ thống nguồn – APF – tải:

  • Mô hình tải: Xây dựng chi tiết mô hình tải thuần trở, tải trở - cảm ($R-L$) đối xứng, tải $R-L$ không đối xứng và tải phi tuyến (bộ chỉnh lưu cầu ba pha kết hợp tải $R-L$).
  • Mô hình bộ nghịch lưu VSI và bộ lọc ghép nối: Thiết lập mô hình nghịch lưu nguồn áp ba pha cầu 6 van IGBT, tích hợp bộ lọc thụ động đầu ra dạng $LCL$ ($L_{fi}, L_{fg}, C_f, R_d$).
  • Kỹ thuật điều chế và điều khiển dòng: Khảo sát hai phương pháp điều khiển dòng điện chính cho bộ VSI:
    1. Điều khiển dòng lấy mẫu (Sample Current Control – SCC): Điều khiển dựa trên lấy mẫu định kỳ và điều chế vector không gian (SVM) trong không gian 6 sector lục giác.
    2. Điều khiển dòng trực tiếp (Direct Current Control – DCC): So sánh trực tiếp giá trị tức thời của dòng điện để chọn vector đóng ngắt thích hợp.
  • Kết quả mô phỏng đánh giá đặc tính dòng điện và điện áp trên các hệ trục tọa độ $\alpha-\beta$ và $d-q$ ở các chế độ không tải, có áp tham chiếu $U_{dc}^*$, tải thuần trở, tải không đối xứng và tải phi tuyến.

Chương 3: Cải tiến hiệu năng của APF sử dụng bộ điều khiển Fuzzy-PI

Chương 3 trình bày các giải pháp cải tiến hiệu năng điều khiển APF thông qua việc kết hợp các kỹ thuật điều khiển hiện đại:

  • Thiết kế điều khiển trượt (Sliding Mode - SM): Áp dụng giải thuật điều khiển trượt cho vòng dòng điện của APF. Kết quả mô phỏng cho thấy điều khiển trượt giúp giảm tổng méo hài dòng điện $THD_i$, giảm độ vọt lố và rút ngắn thời gian xác lập so với bộ điều khiển PI tuyến tính khi tải biến động.
  • Thiết kế bộ điều khiển thích nghi Fuzzy-PI cho điện áp tụ liên kết $U_{dc}$:
    • Xây dựng luật hợp thành mờ với hai biến ngõ vào là sai số điện áp $ET = U_{dc}^* - U_{dc}$ và vi phân sai số $DET = d(ET)/dt$.
    • Biến ngõ ra là các giá trị điều chỉnh $\Delta K_P$, $\Delta K_I$ (và $\Delta K_D$ trong cấu trúc PID-mờ).
    • Tối ưu hóa tính toán thời gian thực bằng cách chuyển đổi luật mờ sang bảng tra cứu (Lookup Table).
  • Kết quả mô phỏng và thực nghiệm:
    • Điện áp tụ $U_{dc}$ được duy trì ổn định tại mức đặt 400 V với biên độ gợn sóng rất nhỏ, đáp ứng phẳng hơn so với khâu PI cổ điển.
    • Khi dòng tải thay đổi đột ngột (tăng dần, giảm dần hoặc biến thiên ngẫu nhiên), bộ điều khiển Fuzzy-PI giúp phục hồi điện áp $U_{dc}$ nhanh chóng, không xảy ra hiện tượng sụt áp sâu hay dao động kéo dài.
    • Dòng điện nguồn pha $a$ ($i_a$) và điện áp pha $a$ ($v_{an}$) được kéo về đồng pha, triệt tiêu công suất phản kháng và giảm méo hài dòng điện rõ rệt.

Chương 4: Phát triển giải pháp điều khiển thích nghi cho bộ lọc tích cực ba pha

Chương 4 hoàn thiện giải pháp thích nghi toàn diện cho hệ thống APF với hai đóng góp chính:

  1. Giải thuật cải tiến đáp ứng nối lưới:
    • Xây dựng vòng điều khiển nối lưới tích hợp khâu khóa pha PLL nhằm đồng bộ chính xác góc pha giữa điện áp ngõ ra của VSI và điện áp lưới điện.
    • Thiết lập quy trình chuyển đổi trạng thái mượt mà giữa chế độ không nối lưới (chạy độc lập) và chế độ kết nối với lưới điện, triệt tiêu hiện tượng sốc dòng điện và quá áp quá độ trong thời điểm đóng cắt tiếp điểm.
  2. Phương pháp điều khiển bù sóng hài sử dụng mô hình bù dòng điện dự đoán:
    • Xây dựng mô hình toán rời rạc của dòng điện lọc $i_{F\gamma}(k+1)$ theo các vector điện áp đóng ngắt của bộ biến đổi.
    • Thuật toán dự đoán tính toán sai số giữa dòng bù dự báo và dòng bù tham chiếu cho tất cả các trạng thái đóng ngắt khả dĩ, xác định chỉ số cực tiểu $M_i$ để chọn ra trạng thái đóng ngắt tối ưu tại mỗi chu kỳ lấy mẫu.
  3. Kết quả kiểm chứng thực nghiệm:
    • Thực nghiệm đóng cắt nối lưới và ngắt kết nối bộ lọc khỏi lưới điện xác thực tính ổn định của giải thuật đồng bộ.
    • Khi tải phi tuyến biến động công suất trong khoảng $[3\text{ kW}, 4.5\text{ kW}]$, hệ thống duy trì dòng điện nguồn $i_g$ dạng hình sin chuẩn, bù dòng tải $i_L$ tức thời, duy trì ổn định $U_{dc}$, đảm bảo tiêu chí $THD_i \le 6%$ và $PF \ge 0.95$.
Chương Tên chương theo văn bản Nội dung trọng tâm Kết quả và phát hiện chính
Chương 1 Tổng quan về kỹ thuật điều khiển trong bộ lọc nguồn tích cực Giải tích $p-q$, biến đổi Clarke/Park, tổng quan thích nghi (IMC, MBPC, Fuzzy, SM). Chứng minh toán học 2 trường hợp nguồn cân bằng và không cân bằng; chọn giải pháp bù dòng sin.
Chương 2 Hệ thống điện ba pha dưới tác động của tải và bộ lọc nguồn tích cực Mô hình hóa tải $R-L$, tải phi tuyến, cấu trúc VSI-$LCL$, kỹ thuật SCC và DCC. Đánh giá dạng sóng $\alpha-\beta$ và $d-q$; xác lập cơ chế tạo vector chuyển mạch đóng ngắt.
Chương 3 Cải tiến hiệu năng của APF sử dụng bộ điều khiển Fuzzy-PI Thiết kế điều khiển trượt SM và bộ điều khiển thích nghi mờ Fuzzy-PI cho áp tụ $U_{dc}$. Ổn định điện áp tụ ở 400 V, giảm gợn sóng, rút ngắn thời gian xác lập khi tải biến động ngẫu nhiên.
Chương 4 Phát triển giải pháp điều khiển thích nghi cho bộ lọc tích cực ba pha Giải thuật chuyển chế độ nối lưới (PLL) và thuật toán bù dòng điện dự đoán (tìm cực tiểu $M_i$). Quá trình đóng cắt nối lưới không gây đột biến dòng; lọc hài và bù công suất tốt ở dải tải 3 kW – 4.5 kW.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án tự nêu các đóng góp mới về mặt khoa học lý luận và ứng dụng thực tiễn như sau:

Đóng góp về lý luận và giải thuật

  1. Phát triển cấu trúc điều khiển thích nghi mờ Fuzzy-PI cho vòng điện áp một chiều: Đề xuất giải thuật Fuzzy-PI (tối ưu hóa qua bảng tra cứu Lookup Table) để tự động điều chỉnh trực tuyến các thông số $K_P, K_I$ của bộ điều khiển điện áp tụ $U_{dc}$. Giải pháp này giải quyết được mâu thuẫn giữa độ vọt lố và thời gian đáp ứng quá độ khi tải phi tuyến thay đổi đột ngột.
  2. Xây dựng giải thuật bù dòng điện dự đoán (Predictive Current Compensation): Phát triển mô hình dự báo trạng thái dòng điện trong miền thời gian rời rạc, tối ưu hóa hàm mục tiêu tìm điểm cực tiểu $M_i$ để điều khiển trực tiếp các vector đóng ngắt của bộ biến đổi VSI, giúp hệ thống đáp ứng nhanh với sự biến đổi dòng hài của tải.
  3. Hoàn thiện giải thuật điều khiển nối lưới: Xây dựng cơ chế hòa đồng bộ góc pha và biên độ điện áp thông qua bộ khóa pha PLL, đảm bảo chuyển đổi trạng thái nối lưới và tách lưới êm thuận, không gây sốc điện áp và dòng điện.

Đóng góp về thực tiễn và giải pháp kỹ thuật

  1. Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh mô hình thực nghiệm phần cứng: Xây dựng hệ thống SAPF ba pha quy mô phòng thí nghiệm 5 kW, sử dụng mạch lực VSI với bộ lọc $LCL$ và các cảm biến đo lường dòng điện/điện áp.
  2. Hiện thực hóa giải thuật trên các nền tảng vi điều khiển và DSP: Lập trình thực thi thành công các giải thuật thích nghi phức tạp trên vi điều khiển 32-bit ARM STM32H743IITx và chip xử lý tín hiệu số TMS320F283xx của Texas Instruments.
  3. Đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng điện năng theo tiêu chuẩn: Các kết quả mô phỏng và đo đạc thực nghiệm khẳng định hệ thống đạt các chỉ số chất lượng: tổng méo hài dòng điện $THD_i \le 6%$, hệ số công suất $PF \ge 0.95$ (xấp xỉ 1, dòng điện và điện áp đồng pha), duy trì điện áp một chiều $U_{dc} = 400\text{ V}$ ổn định.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ trên các nội dung được văn bản đề cập:

  • Hạn chế: Mô hình thực nghiệm mới được kiểm chứng ở quy mô công suất nhỏ trong phòng thí nghiệm (giới hạn công suất tối đa 5 kW), chưa thực hiện thử nghiệm trên các hệ thống lưới điện công nghiệp thực tế có mức công suất lớn hàng trăm kW hoặc MW. Ngoài ra, nghiên cứu tập trung vào cấu trúc bộ lọc mắc song song đơn lẻ, chưa mở rộng cho các hệ thống đa bộ lọc tích cực làm việc song song phân tán.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng ứng dụng và kiểm nghiệm giải thuật điều khiển thích nghi trên các hệ thống lọc tích cực công suất lớn hơn trong môi trường công nghiệp.
    • Nghiên cứu tích hợp các giải thuật thích nghi cho hệ thống tích hợp nguồn năng lượng tái tạo (như hệ thống điện mặt trời, điện gió) kết nối lưới kết hợp chức năng APF để nâng cao chất lượng điện năng tổng thể.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị tham khảo cho nhiều đối tượng trong lĩnh vực Kỹ thuật điều khiển và Kỹ thuật điện:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành: Tham khảo mô hình toán học giải tích của bộ lọc tích cực ba pha trên các hệ tọa độ $\alpha-\beta$ và $d-q$; phương pháp thiết kế các bộ điều khiển hiện đại như điều khiển trượt (Sliding Mode), điều khiển mờ (Fuzzy Logic), và điều khiển dự báo (Model Predictive Control).
  • Giảng viên đại học: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy cho các học phần sau đại học và đại học liên quan đến Chất lượng điện năng, Điện tử công suất nâng cao, và Hệ thống điều khiển thích nghi.
  • Kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D): Tham khảo cấu trúc phần cứng mạch lực VSI-$LCL$, sơ đồ kết nối tín hiệu cảm biến, cũng như mã nguồn và cấu hình chức năng vi điều khiển ARM STM32H743IITx / DSP TMS320F283xx để phát triển các sản phẩm bộ lọc sóng hài thương mại.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án giải quyết vấn đề điều khiển APF khi điện áp nguồn ba pha không cân bằng và méo dạng theo nguyên tắc nào?
Dựa trên giải tích lý thuyết công suất tức thời $p-q$, luận án chứng minh rằng khi điện áp nguồn méo dạng hoặc mất cân bằng, hệ thống không thể đồng thời đạt được công suất nguồn không đổi và dòng điện nguồn hình sin. Tác giả đã lựa chọn giải pháp điều khiển bộ lọc song song ưu tiên mục tiêu bù dòng điện nguồn đạt dạng hình sin cân bằng và đồng pha với điện áp, chấp nhận thành phần công suất cung cấp từ nguồn có dao động.

2. Tại sao luận án chuyển đổi mô hình điều khiển từ hệ tọa độ tĩnh $\alpha-\beta$ sang hệ tọa độ quay đồng bộ $d-q$?
Trong hệ tọa độ tĩnh $\alpha-\beta$, tín hiệu dòng điện tham chiếu chứa nhiều thành phần sóng hài bậc cao xoay chiều (bậc 5, 7, 11, 13...) khiến khâu điều khiển PI kinh điển bị sai lệch và trễ pha. Chuyển sang hệ quy chiếu quay đồng bộ $d-q$, các đại lượng xoay chiều cơ bản được chuyển đổi thành các đại lượng một chiều (DC), giúp bộ điều khiển bám sát giá trị đặt và triệt tiêu sai số xác lập hiệu quả hơn.

3. Bộ điều khiển thích nghi Fuzzy-PI đóng vai trò gì trong cấu trúc điều khiển của APF?
Bộ điều khiển Fuzzy-PI được áp dụng cho vòng điều khiển điện áp một chiều trên tụ liên kết ($U_{dc}$). Thông qua các luật mờ và bảng tra cứu, bộ điều khiển tự động tinh chỉnh các hệ số $K_P, K_I$ theo sai số điện áp và vi phân sai số, giúp phục hồi điện áp $U_{dc}$ về giá trị đặt 400 V nhanh chóng khi tải thay đổi đột ngột, hạn chế độ vọt lố và giảm dao động gợn sóng điện áp.

4. Nguyên lý hoạt động của giải thuật bù dòng điện dự đoán trong Chương 4 là gì?
Giải thuật bù dòng điện dự đoán sử dụng mô hình toán rời rạc của bộ nghịch lưu VSI để tính toán trước giá trị dòng điện bù cho chu kỳ kế tiếp ứng với các trạng thái đóng ngắt của van bán dẫn. Bằng cách đánh giá hàm mục tiêu và tìm kiếm giá trị cực tiểu $M_i$, thuật toán lựa chọn trực tiếp trạng thái đóng ngắt tối ưu nhằm bám sát dòng điện tham chiếu một cách nhanh nhất.

5. Hệ thống thực nghiệm trong luận án sử dụng các nền tảng phần cứng và phần mềm cụ thể nào?
Hệ thống thực nghiệm công suất 5 kW sử dụng vi điều khiển 32-bit ARM STM32H743IITx (lập trình trên STM32Cube) và DSP TMS320F283xx (lập trình trên Code Composer Studio). Tín hiệu thực nghiệm được đo đạc bằng máy hiện sóng Tektronix (kết nối máy tính qua phần mềm Visa Resource Manager) và máy phân tích chất lượng điện Fluke.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của nghiên cứu sinh Huỳnh Lê Minh Thiện đã phát triển hoàn chỉnh giải pháp điều khiển thích nghi cho bộ lọc tích cực ba pha mắc song song (SAPF) dựa trên cấu trúc nghịch lưu nguồn áp VSI. Các giải pháp trọng tâm bao gồm bộ điều khiển thích nghi mờ Fuzzy-PI ổn định điện áp tụ một chiều, giải thuật chuyển đổi trạng thái nối lưới mượt mà và phương pháp bù dòng điện dự đoán. Toàn bộ các giải thuật đề xuất đã được kiểm chứng qua mô phỏng trên phần mềm PSIM 9 / Matlab Simulink và thực nghiệm trên mô hình phần cứng 5 kW sử dụng vi điều khiển ARM STM32H743IITx và DSP TMS320F283xx. Kết quả nghiên cứu chứng minh hệ thống đáp ứng tốt khi tải phi tuyến biến động, đảm bảo dòng điện nguồn đạt dạng hình sin với độ méo hài $THD_i \le 6%$ và hệ số công suất $PF \ge 0.95$ theo đúng tiêu chuẩn IEC.