Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự gia tăng tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch là tác nhân hàng đầu dẫn đến tình trạng ấm lên toàn cầu và phát thải khí nhà kính; theo thống kê của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), thế giới đã tiêu thụ hơn 8 tỷ tấn than đá vào năm 2022, đóng góp phần lớn vào 75% lượng khí thải carbon dioxide và nitơ oxit sinh ra từ năng lượng hóa thạch. Trong bối cảnh đó, các nguồn năng lượng tái tạo như quang điện (PV) và pin nhiên liệu (fuel cells) nổi lên như giải pháp thay thế bền vững. Bộ nghịch lưu biến đổi điện một chiều (DC) sang xoay chiều (AC) là thành phần then chốt trong hệ thống điện mặt trời. Cấu trúc truyền thống sử dụng máy biến áp tần số thấp nhằm cách ly điện và phối hợp cấp áp nối lưới thường làm tăng đáng kể thể tích, khối lượng, giá thành và làm suy giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Nhằm khắc phục nhược điểm trên, các cấu trúc nghịch lưu không sử dụng máy biến áp (transformerless inverter) đã được phát triển. Tuy nhiên, việc loại bỏ biến áp cách ly dẫn đến sự xuất hiện của điện áp common-mode (CMV) với tốc độ biến thiên điện áp cao ($dv/dt$), làm phát sinh dòng rò chạy qua tụ ký sinh giữa dàn pin PV và đất. Dòng rò này gây hiện tượng nhiễu điện từ (EMI), làm suy giảm tuổi thọ lớp cách điện, gây méo dạng dòng điện ngõ ra và đe dọa an toàn vận hành. Các cấu hình giảm thiểu dòng rò như H5, H6 hay HERIC chỉ có khả năng hạn chế biên độ dòng rò (chẳng hạn H5-D giảm từ 200 mA xuống 60 mA, H6 giảm biên độ khoảng 15,06 mA) mà không triệt tiêu được hoàn toàn. Trong khi đó, các cấu hình chung điểm trung tính (Common Ground - CG) như mạch nửa cầu có thể loại bỏ hoàn toàn CMV nhưng lại bị giới hạn độ lợi điện áp (không vượt quá 0,5), không thể hoạt động khi điện áp dàn PV sụt giảm thấp hơn giá trị đỉnh của điện áp lưới. Mặt khác, các cấu hình Buck-Boost CG hiện hữu thường bị ràng buộc bởi điều kiện tỷ số chu kỳ xung $D$ phải lớn hơn hệ số điều chế $M$, dẫn đến điện áp trên tụ DC-link tăng cao quá mức và dải điều chế bị thu hẹp.

Xuất phát từ thực tế kỹ thuật trên, đồ án thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được đánh số theo văn bản như sau:

  1. Đề xuất giải thuật điều chế độ rộng xung thay đổi theo thời gian để cho ra điện áp là trị tuyệt đối của sóng Sine trên mạch DC-DC.
  2. Kết hợp mạch DC-DC với Inverter và đưa ra cấu hình nghịch lưu một pha tăng/giảm áp chung điểm trung tính (1P-CG-BBI).
  3. Phân tích tín hiệu nhỏ và thiết kế bộ điều khiển PI cho mạch Buck/Boost và mạch Inverter.
  4. Dựa vào lý thuyết tiến hành mô phỏng bằng phần mềm PSIM.
  5. Vẽ sơ đồ nguyên lý và vẽ mạch in (PCB) trên phần mềm Altium Designer.
  6. Xây dựng mô hình thí nghiệm thực tế.
  7. Ghi nhận kết quả thực nghiệm và đưa ra đánh giá.
  8. Kết luận và đề xuất hướng phát triển đề tài.
  • Đối tượng nghiên cứu: Cấu hình mạch nghịch lưu một pha Buck-Boost chung điểm trung tính (1P-CG-BBI) và hệ thống điều khiển vòng kín bằng bộ điều khiển PI trên hệ tọa độ $dq$.
  • Phạm vi nghiên cứu: Mô hình mô phỏng khảo sát ở mức công suất định mức 4 kW; mô hình thực nghiệm phần cứng được giới hạn chế tạo ở dải công suất thấp 500 W nhằm phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm; các cấp điện áp DC đầu vào khảo sát bao gồm 50 V, 100 V và 200 V. Đề tài được hoàn thành vào tháng 7 năm 2024 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng các nền tảng lý thuyết và công cụ kỹ thuật chuyên ngành Điều khiển và Tự động hóa:

  • Khung lý thuyết: Lý thuyết điện áp common-mode và cơ chế dòng rò qua tụ ký sinh trong hệ thống điện mặt trời không biến áp; phương pháp trung bình hóa không gian trạng thái (State-Space Averaging) phục vụ phân tích mô hình tín hiệu nhỏ cho bộ biến đổi công suất chuyển mạch; tiêu chuẩn ổn định tần số Bode; phép biến đổi hệ tọa độ $ab$ sang $dq$ cho hệ thống xoay chiều một pha bằng cách tạo thành phần trực giao ảo trễ pha $90^\circ$; nguyên lý điều chế độ rộng xung sóng sin (SPWM).
  • Phương pháp nghiên cứu:
    • Phương pháp giải tích và mô hình hóa toán học: Thiết lập các phương trình vi phân mô tả mạch ở từng trạng thái đóng ngắt của chu kỳ, tách thành phần điểm làm việc DC và tín hiệu nhỏ sai lệch AC nhằm suy biến hàm truyền đạt điện áp tụ theo tỷ số chu kỳ ($G_{1dc}(s), G_{2dc}(s)$) và hàm truyền đạt dòng/áp phần nghịch lưu.
    • Phương pháp mô phỏng số: Ứng dụng phần mềm MATLAB/Simulink để vẽ biểu đồ Bode khảo sát ổn định vòng hở và thiết kế bù tần số vòng kín; sử dụng phần mềm PSIM để mô phỏng đáp ứng quá độ và chế độ xác lập của toàn bộ hệ thống động lực công suất và thuật toán điều khiển.
    • Phương pháp thiết kế chế tạo phần cứng: Ứng dụng phần mềm Altium Designer để thiết kế sơ đồ nguyên lý và layout bo mạch công suất nhiều lớp; sử dụng card vi điều khiển số DSP TMS320F28335 để lập trình phát xung PWM và tính toán giải thuật điều khiển.
    • Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Vận hành phần cứng thực tế với nguồn một chiều, đo đạc trực tiếp các dạng sóng điện áp $V_{CB}, V_{AB}$ và dòng điện tải bằng dao động ký, sau đó lập bảng đối sánh với kết quả mô phỏng.
  • Nguồn dữ liệu: Số liệu tính toán giải tích từ thông số linh kiện thực tế; dữ liệu thông số kỹ thuật (datasheet) của các phần tử bán dẫn từ các nhà sản xuất (Infineon, Toshiba, Mornsun); dữ liệu đo đạc thực nghiệm thu được từ phòng thí nghiệm Bộ môn Tự động Điều khiển.

Thiết kế và triển khai mô hình kỹ thuật

Hệ thống 1P-CG-BBI là một hệ thống kỹ thuật phần cứng hoàn chỉnh kết hợp giữa tầng biến đổi điện tử công suất và bộ xử lý tín hiệu số:

Thành phần hệ thống Thông số kỹ thuật / Mã linh kiện Chức năng trong hệ thống
Nguồn cấp DC ($V_{dc}$) Khảo sát ở các mức 50 V, 100 V, 200 V Cung cấp năng lượng đầu vào giả lập dàn PV
Cuộn cảm trung gian ($L_B$) $3\text{ mH}$, nội trở $r_{LB} = 0{,}3\ \Omega$ Lưu trữ và truyền năng lượng giữa các trạng thái
Tụ điện DC-link ($C_B$) $0{,}004\text{ F}$ ($4000\ \mu\text{F}$) Lọc áp và tích lũy năng lượng cho tầng nghịch lưu
Khóa bán dẫn $S_0 - S_5$ MOSFET AIMW120R080M1 / IGBT IHW20N65R5 Đóng ngắt chuyển mạch công suất theo thuật toán PWM
Diode chuyển mạch ($D_1$) Diode IDP18E120 Dẫn dòng giải phóng năng lượng ở bán kỳ âm
Bộ lọc ngõ ra ($L_f, C_f$) Cuộn cảm lọc $L_f$, tụ điện lọc $C_f$ Lọc sóng hài bậc cao tạo điện áp ra hình sin $V_o$
Khối mạch kích (Gate Driver) IC cách ly quang TLP250 Cách ly và khuếch đại tín hiệu điều khiển kích mở van
Nguồn cách ly driver IC MORNSUN G1215S-1W Cung cấp nguồn độc lập cách ly cho từng tầng kích van
Khối vi xử lý điều khiển Card DSP TMS320F28335 Thu nhận tín hiệu hồi tiếp, tính toán PI và phát xung PWM

Cấu trúc mạch tạo điểm chung giữa cực âm nguồn DC đầu vào và một cực của ngõ ra AC (Common Ground), nhờ đó điện thế điểm trung tính được cố định, triệt tiêu hoàn toàn điện áp CMV sinh ra dòng rò. Bộ điều khiển PI số được nhúng trên DSP TMS320F28335 xử lý theo hai vòng độc lập: vòng điều khiển áp DC-link cho phần Buck-Boost và vòng điều khiển kép điện áp - dòng điện trên hệ trục tọa độ $dq$ cho phần nghịch lưu AC.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày bối cảnh môi trường toàn cầu, thực trạng ô nhiễm do đốt than đá và tính cấp thiết của nguồn năng lượng sạch. Tác giả phân tích cấu trúc các bộ nghịch lưu nối lưới có và không có máy biến áp, chỉ rõ hạn chế về dòng rò qua tụ ký sinh do biến thiên CMV. Chương này phân tích hạn chế của các cấu hình H5, H6, HERIC và nghịch lưu nửa cầu Common Ground; từ đó xác định mục tiêu thiết kế bộ biến đổi 1P-CG-BBI vừa có khả năng tăng/giảm áp, vừa triệt tiêu CMV, đồng thời nêu rõ phạm vi, giới hạn và phương pháp triển khai đề tài.

Chương 2: Mạch Common Ground nghịch lưu tăng/giảm áp một pha

Chương 2 mô tả chi tiết sơ đồ cấu hình 1P-CG-BBI gồm mạch tăng/giảm áp DC-DC tích hợp với cầu H nghịch lưu DC-AC thông qua 6 khóa bán dẫn ($S_0 - S_5$), 1 diode ($D_1$), 1 cuộn cảm ($L_B$), 1 tụ DC ($C_B$) và bộ lọc thông thấp $L_f - C_f$. Hoạt động của mạch được chia thành 8 chế độ vận hành:

  • Bán kỳ dương (Chế độ 1 đến Chế độ 4): $S_0, S_3$ luôn dẫn, $D_1$ phân cực ngược ngắt hoàn toàn. Tầng DC-DC hoạt động như mạch Boost thuần túy với điện áp trên tụ: $$V_{CB} = \frac{V_{dc}}{1 - D_0}$$
  • Bán kỳ âm (Chế độ 5 đến Chế độ 8): $S_1, S_2$ luôn dẫn, $S_3$ ngắt. Tầng DC-DC chuyển đổi thành mạch Buck-Boost với điện áp trên tụ: $$V_{CB} = V_{dc}\frac{D_1}{1 - D_1}$$ Để điện áp trên tụ $C_B$ duy trì bằng nhau ở cả hai nửa chu kỳ, tỷ số đóng ngắt giữa hai bán kỳ phải thỏa mãn hệ thức: $$D_1 = \frac{1}{2 - D_0}$$ Điện áp tức thời ngõ ra cực tính biến đổi thành công ba mức áp ($+V_{CB}, 0, -V_{CB}$) tạo nên điện áp AC hình sin sau khi qua bộ lọc. Chương này cũng thiết lập các công thức chọn cảm kháng cuộn dây $L_B$ theo hệ số gợn dòng $k_L%$, chọn dung kháng tụ $C_B$ theo hệ số gợn áp $k_C%$ và công thức tính điện áp định mức trên các van bán dẫn.

Chương 3: Phân tích tín hiệu nhỏ và thiết kế bộ điều khiển PI cho cấu hình 1P-CG-BBI

Chương 3 áp dụng phương pháp trung bình hóa trạng thái và nhiễu loạn tín hiệu nhỏ tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc ($X = \bar{X} + \hat{x}$). Hàm truyền đạt tín hiệu nhỏ từ tỷ số chu kỳ xung đến điện áp tụ được thiết lập cụ thể:

  • Bán kỳ dương (Chế độ Boost): $$G_{1dc}(s) = \frac{\hat{v}{CB}}{\hat{d}} = \frac{V{CB}(1 - D) - I_{LB}L_Bs - I_{LB}r_{LB}}{L_BC_Bs^2 + r_{LB}C_Bs + (1 - D)^2}$$
  • Bán kỳ âm (Chế độ Buck-Boost): $$G_{2dc}(s) = \frac{\hat{v}_{C}}{\hat{d}1} = \frac{(V{dc} + V_C)(1 - D_1) - I_LLs - I_Lr_L}{LCs^2 + r_LCs + (1 - D_1)^2}$$ Khảo sát đặc tính tần số vòng hở bằng giản đồ Bode cho thấy hệ thống ban đầu không ổn định: ở chế độ Boost có độ dự trữ biên $G_m = -28\text{ dB}$ (tại $137\text{ Hz}$) và độ dự trữ pha $P_m = -31{,}5^\circ$ (tại $736\text{ Hz}$); ở chế độ Buck-Boost có $G_m = -28\text{ dB}$ (tại $131\text{ Hz}$) và $P_m = -32{,}9^\circ$ (tại $709\text{ Hz}$).

Tác giả thiết kế bộ điều khiển PI có dạng: $$G_{PI}(s) = K_P + \frac{K_I}{s} = 7{,}5577 \times 10^{-4} + \frac{0{,}0625}{s}$$ Khi có bộ điều khiển PI, hệ thống đạt trạng thái ổn định: chế độ Boost có $G_m = 22{,}6\text{ dB}$ (tại $68{,}8\text{ Hz}$) và $P_m = 60^\circ$ (tại tần số cắt $22{,}8\text{ Hz}$); chế độ Buck-Boost có $G_m = 21{,}1\text{ dB}$ (tại $60{,}9\text{ Hz}$) và $P_m = 26{,}5^\circ$ (tại tần số cắt $20{,}3\text{ Hz}$). Đối với tầng nghịch lưu DC-AC, hệ thống sử dụng phép biến đổi $dq$ dựa trên tín hiệu ảo trễ pha $90^\circ$ để điều khiển vòng dòng điện và điện áp bám sát giá trị đặt.

Chương 4: Thiết kế và lắp đặt mô hình thực nghiệm

Chương 4 hiện thực hóa phần cứng mô hình thí nghiệm: tính toán và lựa chọn thông số cuộn dây lõi ferit, hệ thống tụ điện hóa lọc nguồn; lựa chọn linh kiện bán dẫn công suất gồm MOSFET AIMW120R080M1, IGBT IHW20N65R5 và Diode xung IDP18E120. Mạch kích sử dụng 6 IC cách ly quang TLP250 kết hợp các mô-đun nguồn cách ly MORNSUN G1215S-1W cấp áp độc lập để tránh ngắn mạch nguồn điều khiển. Mạch in PCB được vẽ và bố trí đường mạch động lực tải dòng lớn trên phần mềm Altium Designer. Hệ thống ghép nối với bo mạch phát xung DSP TMS320F28335 cùng các cảm biến dòng điện và điện áp hồi tiếp.

Chương 5: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Chương 5 công bố kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM và kết quả đo đạc thực nghiệm trên phần cứng. Mô phỏng được thực hiện ở các cấp điện áp vào $50\text{ V}$, $100\text{ V}$ và $200\text{ V}$ nhằm đánh giá khả năng duy trì ổn định điện áp DC-link và dạng sóng sin ngõ ra. Các kết quả thực nghiệm ghi nhận tại mức điện áp $50\text{ V}$ và $100\text{ V}$ chứng minh tính đúng đắn của giải thuật điều khiển và khả năng làm việc thực tế của phần cứng.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 đúc kết các kết quả đạt được về mặt lý thuyết, mô phỏng và chế tạo phần cứng; chỉ ra các điểm còn tồn đọng trong quá trình vận hành và vạch ra các hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả định lượng cụ thể được trích xuất từ dữ liệu phân tích, mô phỏng và thực nghiệm:

  • Độ ổn định hệ thống điều khiển: Việc bổ sung bộ điều khiển PI ($K_P = 7{,}5577 \times 10^{-4}; K_I = 0{,}0625$) đã đưa hệ thống từ trạng thái mất ổn định biên độ và pha âm trở về trạng thái ổn định vững chắc theo tiêu chuẩn Bode với độ dự trữ pha đạt $60^\circ$ (chế độ Boost) và $26{,}5^\circ$ (chế độ Buck-Boost), độ dự trữ biên đạt tương ứng $22{,}6\text{ dB}$ và $21{,}1\text{ dB}$.
  • Đối chiếu số liệu mô phỏng và thực nghiệm:
Thông số đo đạc Mức thử nghiệm $V_{dc} = 50\text{ V}$ Mức thử nghiệm $V_{dc} = 100\text{ V}$ Ghi chú vận hành
Điện áp ngõ vào ($V_{in}$) $50\text{ V}$ $100\text{ V}$ Đo đạc từ bộ nguồn công suất
Điện áp tụ DC-link ($V_{CB}$) Đạt mức điện áp ổn định theo tỷ số $D_0, D_1$ Ổn định quanh giá trị đặt Bộ điều khiển PI khử triệt để sai số xác lập
Dạng sóng điện áp ngõ ra ($V_{AB}$) Sóng vuông ba bậc trước lọc ($+V_{CB}, 0, -V_{CB}$) Sóng ba bậc đồng bộ Tần số đóng ngắt chính xác theo sóng mang
Dạng sóng điện áp tải ($V_o$) Sóng sin chuẩn sau bộ lọc $LC$ Sóng sin chuẩn sau bộ lọc $LC$ Triệt tiêu hoàn toàn thành phần CMV
  • Đóng góp mới của tác giả:
    • Thiết kế cấu hình 1P-CG-BBI chỉ cần thêm một khóa bán dẫn và một diode so với cấu hình chung điểm trung tính truyền thống nhưng đạt được đồng thời hai tính năng: tăng/giảm áp linh hoạt và triệt tiêu hoàn toàn CMV.
    • Xây dựng giải thuật điều chế PWM tách biệt, cho phép tầng DC-DC và tầng nghịch lưu DC-AC vận hành độc lập trong cùng một chu kỳ mà không can nhiễu lẫn nhau, khắc phục giới hạn hệ số điều chế ($M$) vốn có ở các cấu hình Buck-Boost trước đây.
    • Xây dựng thành công mô hình toán học tín hiệu nhỏ giải tích cho hai chế độ vận hành khác nhau trong cùng một chu kỳ và thiết kế thành công bộ tham số PI tối ưu kiểm soát điện áp tụ và điện áp xoay chiều ngõ ra.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế tồn đọng được văn bản ghi nhận:
    • Do giới hạn về mặt kinh phí nghiên cứu, mô hình thực nghiệm phần cứng mới chỉ được triển khai và thử nghiệm ở mức công suất thấp ($500\text{ W}$), chưa vận hành kiểm chứng được ở dải công suất cao ($4\text{ kW}$) như kịch bản mô phỏng.
    • Mạch phần cứng mới chỉ giảm thiểu được tác động của hiện tượng nhiễu điện từ (EMI) thông qua bố trí linh kiện chứ chưa triệt tiêu hoàn toàn nhiễu cao tần trên đường mạch.
    • Các thử nghiệm thực tế dừng lại ở tải điện trở thuần ($R$), chưa kết nối thử nghiệm hòa lưới điện thực tế.
  • Hướng phát triển tiếp theo:
    • Nghiên cứu nâng cấp phần cứng để nâng công suất vận hành thực nghiệm lên tương đương mức mô phỏng ($4\text{ kW}$).
    • Tích hợp thêm các bộ lọc tương thích điện từ (EMC/EMI filter) chuyên dụng nhằm loại bỏ triệt để nhiễu phát xạ và nhiễu dẫn.
    • Bổ sung thuật toán điều khiển hòa lưới đồng bộ pha (PLL) để ứng dụng trực tiếp cho hệ thống điện mặt trời nối lưới.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Điện, Điện tử Công suất và Năng lượng Tái tạo.

Các nội dung có giá trị ứng dụng cao bao gồm:

  • Quy trình toán học chi tiết về việc tuyến tính hóa tín hiệu nhỏ và suy biến hàm truyền đạt cho các bộ biến đổi nhiều trạng thái chuyển mạch trong một chu kỳ (Chương 3).
  • Phương pháp luận thiết kế bù pha và biên độ trên biểu đồ Bode nhằm xác định các hệ số $K_P, K_I$ cho bộ điều khiển vòng kín.
  • Kỹ thuật điều khiển dòng - áp nghịch lưu một pha trên hệ tọa độ tựa từ thông $dq$ thông qua khâu tạo pha ảo trễ $90^\circ$.
  • Bản vẽ thiết kế nguyên lý, giải pháp mạch kích cách ly van công suất (TLP250 kết hợp MORNSUN G1215S-1W) và kỹ thuật lập trình điều khiển phát xung trên dòng vi điều khiển DSP TMS320F28335 (Chương 4).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cấu hình 1P-CG-BBI lại triệt tiêu được hoàn toàn điện áp common-mode (CMV)?
Cấu hình này nối trực tiếp cực âm của nguồn DC đầu vào với điểm trung tính của tải AC ở ngõ ra (Common Ground). Nhờ điểm chung vật lý này, điện áp chênh lệch giữa nguồn và đất được giữ cố định, không xuất hiện biến thiên điện áp cao tần ($dv/dt$), từ đó triệt tiêu dòng điện rò qua tụ ký sinh của dàn pin năng lượng mặt trời.

2. Mối quan hệ giữa tỷ số chu kỳ đóng ngắt $D_0$ ở bán kỳ dương và $D_1$ ở bán kỳ âm được thiết lập như thế nào?
Ở bán kỳ dương mạch hoạt động như bộ tăng áp ($V_{CB} = V_{dc} / (1 - D_0)$), còn ở bán kỳ âm mạch hoạt động như bộ tăng/giảm áp ($V_{CB} = V_{dc} \cdot D_1 / (1 - D_1)$). Để điện áp DC-link $V_{CB}$ cân bằng và bằng nhau trên toàn chu kỳ, tỷ số đóng ngắt giữa hai bán kỳ được ràng buộc bởi phương trình giải tích: $$D_1 = \frac{1}{2 - D_0}$$

3. Đặc tính tần số vòng hở của hệ thống biến đổi DC-DC khi chưa có bộ điều khiển PI có đặc điểm gì?
Dựa trên giản đồ Bode vòng hở, hệ thống ở cả hai chế độ đều không ổn định: ở chế độ Boost, độ dự trữ biên $G_m = -28\text{ dB}$ và độ dự trữ pha $P_m = -31{,}5^\circ$; ở chế độ Buck-Boost, $G_m = -28\text{ dB}$ và $P_m = -32{,}9^\circ$. Do cả hai độ dự trữ đều mang giá trị âm nên hệ thống bắt buộc phải có khâu bù PI để xác lập tính ổn định.

4. Khâu biến đổi tọa độ $dq$ được áp dụng cho hệ thống nghịch lưu một pha bằng cách nào trong khi hệ $dq$ vốn dành cho hệ ba pha?
Đồ án sử dụng kỹ thuật tạo hệ tọa độ trực giao ảo $ab$: trục thực $a$ là dòng điện thực tế qua cuộn cảm $i_L = I_L \sin(\omega t + \theta)$, trong khi trục ảo $b$ là thành phần $i_i$ được tạo ra bằng cách dịch trễ pha tín hiệu thực một góc $90^\circ$ ($i_i = -I_L \cos(\omega t + \theta)$). Từ hệ $ab$ này, ma trận chuyển đổi quay được áp dụng để đưa các đại lượng xoay chiều về đại lượng một chiều trên hệ trục $dq$, giúp bộ điều khiển PI triệt tiêu hoàn toàn sai số xác lập.

5. Vì sao nhóm tác giả lựa chọn bộ điều khiển PI thay vì các thuật toán điều khiển thông minh như Fuzzy Logic hay Neural Networks?
Nhóm tác giả chọn bộ điều khiển PI vì cấu trúc đơn giản, chỉ gồm khâu tỉ lệ ($P$) và tích phân ($I$), dễ dàng triển khai thuật toán trên vi điều khiển DSP tần số cao mà không đòi hỏi tài nguyên tính toán lớn. Ngoài ra, việc tinh chỉnh tham số PI dựa trên biểu đồ Bode trực quan, đảm bảo độ ổn định vững chắc và tránh hiện tượng khuếch đại nhiễu tần số cao như các bộ điều khiển phức tạp khác.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Lê Bình An và Đoàn Kiến Trúc đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu thiết kế và thực thi cấu hình nghịch lưu một pha Buck-Boost chung điểm trung tính (1P-CG-BBI). Bằng việc giải quyết triệt để vấn đề điện áp common-mode và loại bỏ hiện tượng dòng rò mà không cần máy biến áp cồng kềnh, cấu hình đề xuất mang lại hiệu quả ứng dụng rõ rệt cho các hệ thống pin mặt trời. Các kết quả phân tích tín hiệu nhỏ, mô phỏng số trên PSIM và đo đạc trên mô hình thực nghiệm điều khiển bằng vi xử lý DSP TMS320F28335 đã chứng minh tính ổn định và độ tin cậy của thuật toán điều khiển đã đề xuất.