RealEDU.

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
PHÍ TRỌNG HUY
ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO THIẾT BỊ KHO ĐIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ
THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ Ở CHẾ ĐỘ ĐỘC LẬP
Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC :
GS.TSKH NGUYỄN PHÙNG QUANG
Hà Nội – Năm 2016

2. 1
LỜI CẢM ƠN
L u tiên, tôi xin chân thành c ng d n khoa h
ời đầ ảm ơn thầy giáo hƣớ ẫ ọc
GS.TSKH Nguy ng d n và t o m u ki n thu
ễn Phùng Quang đã tận tình hƣớ ẫ ạ ọi điề ệ ận
l m v h p và nghiên c u.
ợi cho tôi hoàn thành nhiệ ụ ọc tậ ứ
Tôi xin chân thành c y Ph Ban lãnh
ảm ơn thầ ạm Quang Đăng cùng toàn thể
đạ ệ ỹ
o Vi n K u khi n và T i h c Bách Khoa
thuật Điề ể ự động hóa (ICEA), Trƣờng Đạ ọ
Hà N ng làm vi c thân thi n, nhi t tình ch b
ội đã tạo cho tôi môi trƣờ ệ ệ ệ ỉ ảo và đƣa ra
nh ng l ng d nh.
ữ ờ ớ
i hƣ ẫn để luận văn đƣợc hoàn chỉ
Xin chân thành c ng nghi ng viên
ảm ơn bạn bè, đồ ệp và gia đình đã khích lệ, độ
tôi trong quá trình họ ậ ứ
c t p và nghiên c u.

3. 2
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................1
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT....................................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ...............................................................6
MỞ ĐẦU ..............................................................................................................9
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ...............................11
1.1 Khái niệm, sự hình thành và phát triển của MPC.....................................11
1.2 Thuật toán MPC........................................................................................12
1.3 Lý .......................................15
thuyết MPC, những khó khăn và thách thức
1.4 Các phƣơng pháp MPC.............................................................................18
1.5 Điều khiển dự báo trong không gian trạng thái. .......................................21
1.5.1 Mô hình dự báo. .................................................................................21
1.5.2 ..........................................................................................21
Tối ƣu hóa.
1.5.3 Tổng kết..............................................................................................23
CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ KHO ĐIỆN.....................................25
2.1 .......................................................................25
Mô hình động học siêu tụ
2.1.1 Sơ lƣợc về cấu tạo ..............................................................................25
2.1.2 Mô hình của siêu tụ dùng trong thiết bị kho điện...............................27
2.2 - ....................29
Mô hình bộ biến đổi DC DC dùng trong thiết bị kho điện
2.2.1 Mô hình chính xác..............................................................................30
2.2.2 Mô hình trung bình ngắn hạn .............................................................33
2.2.3 Kiểm chứng mô hình..........................................................................35
2.3 - ....................38
Mô hình bộ biến đổi DC AC dùng trong thiết bị kho điện
2.3.1 Mô hình bộ biến đổi DC- ..............................................................39
AC
2.3.2 Mô hình BBĐ DC AC ghép với lƣới điện
- .........................................45
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ......................50
3.1 .............................50
Điều khiển dự báo cho các thiết bị điện tử công suất
3.2 - .............53
Áp dụng điều khiển dự báo cho đối tƣợng bộ biến đổi DC AC
3.2.1 Sơ đồ đóng ngắt van...........................................................................53
3.2.2 Cấu trúc điều khiển bộ biến đổi DC- ...........................................55
AC.
3.2.3 Thiết kế điều khiển dự báo vòng điều khiển dòng .............................56
3.3 Vòng khóa pha ..........................................................................................61
CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG BẰNG MATLAB, SIMULINK,
PLECS.............................................................................................................63
4.1 .....................................63
Xác định giá trị đặt cho SCESS sử dụng bộ lọc
4.2 ...................................................................................66
Xác định thông số
4.3 ..................................................................................68
Kết quả mô phỏng
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................88
Tài liệu tham khảo tiếng Việt..........................................................................88
Tài liệu tham khảo tiếng Anh..........................................................................89
PHỤ LỤC ...........................................................................................................93

4. 3
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứ ủa cá nhân tôi dƣớ ự hƣớ
u c i s ng
d n c a TS.GSKH Nguy n Phùng Quang. Tài li u tham kh o trong lu
ẫ ủ ễ ệ ả ận án đƣợc
trích dẫn đầy đủ ế ả ứ ủ ậ ực và chƣa từ
. Các k t qu nghiên c u c a lu n án là trung th ng
đƣợ ố ấ ỳ ọ ợ ệ
c ai công b trong b t k công trình nào khác. M i sao chép không h p l , vi
ph m quy ch o tôi xin ch u hoàn toàn trách nhi
ạ ế đào tạ ị ệm.
Tác giả ận văn
lu
Phí Trọng Huy

5. 4
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Các chữ ế ắ
vi t t t
Chữ ế
vi t tắt Ý nghĩa
BESS Battery Energy Storage System
MPC Model Predictive Control
NMPC Nonlinear Model Predictive Control
ĐTĐK Đố ợng điề ể
i tƣ u khi n

6. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3. 1 Bảng trạng thái đóng ngắt và giá trị vector điện áp..................................54

7. 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1: Cấu trúc chung của một hệ thống MPC...................................................11
Hình 1. 2 Đặc điểm dịch miền thời gian dự báo .......................................................13
Hình 1. 3 ...................................................................13
Chiến lƣợc điều khiển dự báo
Hình 1. 4 ......................................................15
Lƣu đồ thuật toán tổng quát của MPC
Hình 2.1 Cấu trúc siêu tụ - .......................................................................25
hai lớp[9]
Hình 2.2 Mô hình của siêu tụ[9] ...............................................................................28
Hình 2.3 Cấu trúc mạch lực bộ biến đổi DC- ..................30
DC dùng trong SCESS[9]
Hình 2.4 Phân tích các cấu - ................31
hình mạch điện của DC DC ở chế độ nạp[9]
Hình 2.5 Phân tích các cấu hình mạch điện của DC- ..................32
DC ở chế độ xả[9]
Hình 2.6 Kiểm chứng động học của mô hình trung bình với mô hình switched ở tần
số 5 kHz [9]...............................................................................................................36
Hình 2.7 Ảnh hƣởng của tần số PWM đến dạng tín hiệu dòng điện giữa mô hình
trung bình với mô hình switched [9].........................................................................36
Hình 2.8 Ảnh hƣởng của tần số PWM đến sai số giữa mô hình trung bình với mô
hình switched[9]........................................................................................................37
Hình 2.9 Khảo sát sự thay đổi chế độ làm việc của DC- 38
DC theo hệ số điều chế[9]
Hình 2. 10 Sơ đồ mạch lực của nghịch lƣu nguồn áp 3 pha[9].................................39
Hình 2. 11 Sơ đồ tổng quát BBĐ DC AC ghép với lƣới điện [9]
- .............................45
Hình 2. 12 Sơ đồ thay thế tƣơng đƣơng BBĐ DC- ..........46
AC ghép với lƣới điện[9]
Hình 2. 13 Sơ đồ tối giản BBĐ DC- ................................46
AC ghép với lƣới điện[9]
Hình 3. 1 Cấu trúc MPC tổng quát cho các bộ biến đổi công suất ...........................52
Hình 3. 2 Sơ đồ mạch nghịch lƣu ba pha..................................................................53

8. 7
Hình 3. 3 Biểu diễn 8 vector chuẩn trên hệ trục tọa độ.............................................54
Hình 3. 4 AC
-
Cấu trúc điều khiển bộ biến đổi DC ...................................................55
Hình 3. 5 ..........................................................56
Sơ đồ điều khiển dự báo vòng dòng
Hình 3. 6 Lƣu đồ thuật toán điều khiển dự báo vòng dòng ......................................60
Hình 3. 7 .................................................................................61
Cấu trúc PLL ba pha
Hình 4. 1 Dạng gió biến động đầu vào máy phát điện sức gió[9] ............................64
Hình 4. 2 .....................................64
Công suất máy phát điện sức gió đƣa lên lƣới[9]
Hình 4. 3 .....65
Công suất máy phát điện sức gió kết hợp với SCESS đƣa lên lƣới[9]
Hình 4. 4 Giá trị công suất đặt cho SCESS[9]..........................................................65
Hình 4. 5 ...........................................................67
Năng lƣợng và điện áp kho điện[9]
Hình 4. 6 AC
-
Mạch lực bộ biến đổi DC ...................................................................69
Hình 4. 7 .......................................................................69
Mô hình điều khiển dự báo
Hình 4. 8 Giá trị công suất theo đáp ứng bƣớc nhảy ................................................71
Hình 4. 9 Dòng điện Iabc..........................................................................................73
Hình 4. 10 Điện áp tụ VDC-link....................................................................................74
Hình 4. 11 Mô phỏng đƣờng tốc độ gió biến động và công suất tạo ra từ turbine gió
...................................................................................................................................75
Hình 4. 12 Đƣờng công suất sau bộ lọc và giá trị công suất đặt cho SCESS...........76
Hình 4. 13 Giá trị công suất thực và sai số so với giá trị đặt ....................................77
Hình 4. 14 Điện áp VDC-link........................................................................................79
Hình 4. 15 Mô hình thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ...............................................80
Hình 4. 16 Công suất tạo ra từ turbine gió, công suất sau bộ lọc và giá trị đặt cho
SCESS.......................................................................................................................81
Hình 4. 17 Giá trị công suất thực và sai số so với giá trị đặt ....................................82
Hình 4. 18 Hệ số công suất và công suất phản kháng...............................................83

9. 8
Hình 4. 19 Điện áp và dòng điện ba pha phía lƣới ...................................................84
Hình 4. 20 Điện áp, dòng điện phía một chiều .........................................................85
Hình 4. 21 Điện áp và dòng điện siêu tụ...................................................................86

10. 9
MỞ ĐẦU
V i tình hình tranh ch p ch quy n trên bi t ph c t
ớ ấ ủ ề ển đang ngày mộ ứ ạp và căng
thẳng nhƣ hiệ ấn đề ển đảo ngày càng đƣợc Đảng và Nhà nƣớ
n nay, v bi c quan tâm.
M t trong nh ng m c tiêu quan tr ng nh t là ph i t u ki n thu n l các
ộ ữ ụ ọ ấ ả ạo ra điề ệ ậ ợi để
chi ch
ến sĩ và nhân dân kiên trì bám biể ả ệ
n, b o v ủ ề ủ ổ ố
quy n thiêng liêng c a T qu c.
Trong đó, hệ ống điện đóng vai trò cự ỳ ọ
th c k quan tr ng, vì nó giúp ta duy trì thông
tin liên l c thông su t v t li n hành nh ng trang thi t b khác trên
ạ ố ới đấ ền cũng nhƣ vậ ữ ế ị
đả ệ ớ ải đả ệ ống điện năng chủ
o. Hi n nay, v i h o, h th yếu đƣợ ấ ừ ổ ợ
c cung c p t các t h p
máy phát diesel (D-G). Tuy nhiên, vi c s d ng nhiên li u này l i có chi phí cao và
ệ ử ụ ệ ạ
kh n chuy n sang các d ng có s
ông cơ động. Do đó, ngƣời ta đang dầ ể ạng năng lƣợ ẵn
khác nhƣ năng lƣợ ặ ời, năng lƣợng gió, năng lƣợ ển. Trong đó,
ng m t tr ng sóng bi
năng lƣợ ổ ộ ả ềm năng với chi phí đầu tƣ thiế ị ấ
ng gió n i lên là m t gi i pháp ti t b th p,
công su t cao, phù h p v u ki n gió l n h o. Và trong th c t
ấ ợ ới điề ệ ớ ở ải đả ự ế cũng đã có
ứ ụng năng lƣợ ệ ống điệ ở ải đả ụ ể là dùng năng lƣợ
ng d ng gió trong h th n h o, c th ng
t h p máy phát diesel làm n ng t máy phát s b sung
ổ ợ ền, còn năng lƣợ ừ ức gió để ổ
vào. Tuy nhiên, do năng lƣợ gió có đặc điể ổn định, nên để đả ả
ng m là không m b o
chất lƣợng điện năng, ngƣờ ả ử ụ ộ ế ị kho điệ
i ta ph i s d ng thêm m t thi t b n (Battery
Energy Storage System, BESS) bao g m 2 t ng bi i DC-AC và DC-DC cho
ồ ầ ến đổ
phép dòng điệ ả
n ch y theo hai chi u, n i ph n g m các siêu t -
ề ố ần kho điệ ồ ụ (Double
Layer Capacitor, DLC) v i xoay chi u ba pha. BESS ph i th c hi c các
ới lƣớ ề ả ự ện đƣợ
chức năng sau: trao đổ ấ ới lƣới, điề ỉnh điệ ại điể ế ố
i công su t v u ch n áp t m k t n i, nâng
cao ch ng và tính nh c a h c hi n yêu c u nà
ất lƣợ ổn đị ủ ệ thống. Để thự ệ ầ y, đã có nhiều
phƣơng pháp điề ển đƣợc đƣa ra nhƣ điề ể ế ằ ộ PI trên cơ
u khi u khi n tuy n tính b ng b
s mô hình tuy m làm vi
ở ến tính hóa quanh điể ệc. Phƣơng pháp này tuy đơn giản
nhƣng đem lạ ất lƣợng điề ể ấ ở điể ệ
i ch u khi n không cao, nh t là khi m làm vi c khác.
Vì th trong lu u khi n, em quy nh s d ng
ế ận văn này, để tăng chất lƣợng điề ể ết đị ử ụ

11. 10
phƣơng pháp điề ể ự based Predictive Control, MPC) để ế ế
u khi n d báo (Model- thi t k
c u khi ng BESS.
ấu trúc điề ển cho đố ợ
i tƣ
Luận văn này sẽ ề ấ ề “
trình bày v v n đ Điề ể ự ế ị kho điệ ử
u khi n d báo thi t b n s
d ng trong h n s c gió c l p
ụ ệ thống phát điệ ứ ở chế độ độ ậ ”. Luận văn đƣợc trình
bày v i các ph
ớ ần chính nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổ ề ề ể ự
ng quan v đi u khi n d báo: nghiên c u t ng quan v u
ứ ổ ề điề
khi n d u khi báo.
ể ự báo và các phƣơng pháp điề ển dự
Chƣơng 2 ế ị kho điệ
: Mô hình hóa thi t b n: gi i thi u c u trúc c a siêu t và
ớ ệ ấ ủ ụ
mô hình hóa b bi -AC và DC-DC khi ghép v n.
ộ ến đổi DC ớ ớ ệ
i lƣ i đi
Chƣơng 3: Thiế ế ấu trúc điề ể ự
t k c u khi n d báo: cho thiế ị kho điệ ử
t b n s
d ng turbine gió dùng máy phát DFIG.
ụ
Chƣơng 4: Mô phỏ ể ứ ằ
ng ki m ch ng b ng MATLAB, Simulink, PLECS: kết
qu mô ph ng th n thu u khi n b bi
ả ỏ ực hiệ ật toán điề ể ộ ến đổi.
M g ng h t s c, tuy nhiên lu
ặc dù đã cố ắ ế ứ ận văn này không thể ỏ
tránh kh i có
nh ng sai sót. Tôi r t mong nh c ý ki n h t
ữ ấ ận đƣợ ến đánh giá, đóng góp và phả ồi ừ
thầy cô cũng nhƣ những ngƣời quan tâm đến lĩnh vực này.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 9 năm 2016
Phí Trọng Huy

12. 11
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO
1.1 Khái niệm, sự hình thành và phát triển của MPC
   
u khi n d báo d a theo mô hình Model-based Predictive
(tên ti ng Anh:
ế
Control, vi t t c g i v cái tên
ế ắt: MPC, hay còn đƣợ ọ ới Receding Horizon Control) là
m t thu t ng chung
ộ ậ ữ để chỉ m t l p r t r u khi
    
mô hình c c tín hi u khi n b ng vi c t
     
hàm m c tiêu
 ([1]-tr.1).
D t h th ng MPC có th c bi u di i d
ựa vào định nghĩa trên, mộ ệ ố ể đƣợ ể ễn dƣớ ạng
sơ đồ ối nhƣ Hình 1.1. Theo đó, cấ ủ ộ ộ điề ể ự
kh u trúc chung c a m t b u khi n d báo
g m ba kh i chính: mô hình d báo, hàm m c tiêu và thu t toán t
ồ ố ự ụ ậ ối ƣu để tìm
nghi m c a bài toán t i thi u hóa hàm m
ệ ủ ố ể ục tiêu đó. Các phƣơng pháp MPC cũng
thƣờng đƣợ ạ ần cơ bả
c phân lo i theo ba thành ph n này.
Hình 1. 1 Cấu trúc chung của một hệ thống MPC
Điề ể ự ộ ố các phƣơng pháp điề ển thu đƣợ ề
u khi n d báo là m t trong s u khi c nhi u
thành công trong ng d u khi n các quá trình công nghi i vào
ứ ụng vào điề ể ệp. Ra đờ
nh a th k i d u ch sung cho
ững năm 70 củ ế ỷ trƣớc, dƣớ ạng ban đầ ỉ là phƣơng pháp bổ
vi c t nh thích nghi tham s b u khi n công nghi
ệ ự chỉnh đị ố ộ điề ể ệp PID, song điều
khi n d
ể ự báo đã nhanh chóng cho thấy tính ƣu việ ủ ới các phƣơng pháp
t c a nó so v
t ng khác, ch ng h c ti
ự chỉnh thông thƣờ ẳ ạn nhƣ phƣơng pháp cự ểu tƣơng quan

13. 12
(minimum variance MV), d báo Smith (Smith p c ti ng
ự redictor), cự ểu tƣơng quan tổ
quát (generalized minimum variance GMV) ..., nh t là khi áp d ng vào nh ng quá
ấ ụ ữ
trình công nghiệ ự
p có tính pha không c c tiểu [16].
Chính vì ƣu điể ủa điề ể ự báo mà phƣơng pháp điề ể
m trên c u khi n d u khi n này
đã đƣợ ứ ể ấ ời gian qua. Điể ể
c nghiên c u, phát tri n r t nhanh trong th m qua ta có th
thấ ỉ ộ ờ ấ ắ ấ ệ ộ điề ể ự
y ch trong m t th i gian r t ng n, ngay sau khi xu t hi n b u khi n d báo
do các kỹ u khí Shell gi i thi u phiên b
sƣ công ty dầ ớ ệu năm 1977, đã có khá nhiề ản
khác nhau c u khi n d i, ch ng h u khi n d báo
ủa điề ể ự báo đƣợc ra đờ ẳ ạn nhƣ điề ể ự
thích nghi kho ng r ng (long range model predictive control LRPC) c a De Keyser
ả ộ ủ
năm 1988, bộ ề ể ự ề ữ ủa Garcia năm 1989, điề ể ự
đi u khi n d báo b n v ng c u khi n d báo
kho t v i c c ti u hóa hàm m c tiêu to
ảng trƣợ ớ ự ể ụ àn phƣơng (receding horizon
predictive control) c u khi n d báo kho ng
ủa Scattolini và Clarke năm 1991, điề ể ự ả
rộng toàn phƣơng LRQP (long range quadratic progamming) của Sandoz năm 2000,
điề ể ự ộ ủ m năm
u khi n d báo có ràng bu c (constrained predictive control) c a Gri
2003, hay điề ể ự ề ề ộ ệu đầ ủ
u khi n d báo nhi u chi u có ràng bu c cho tín hi u vào c a
Warren và Marlin năm 2006 ....
1.2 Thuật toán MPC
B u khi n d báo là b u khi n s , làm vi c theo chu k
ộ điề ể ự ộ điề ể ố ệ ỳ l l n
ặp. Độ ớ
chu kỳ làm vi c c a b u khi n s ng chu k trích m u các tín hi
ệ ủ ộ điề ể ố này đúng bằ ỳ ẫ ệu
vào ra c u khi y, m ng có b n ch t liên
ủa đối tƣợng điề ển (ĐTĐK), vì vậ ặc dù đối tƣợ ả ấ
t c, xây d ng mô hình d báo (xây d ng t mô hình toán mô t i là mô
ụ ự ự ự ừ ả ĐTĐK) phả
hình gián đoạ ạ ời điể ẫ ứ
n. T i th m trích m u th , t các giá tr u vào
ừ ị đầ u ra
và đầ
( )
y k
c u khi n s d a vào mô hình d nh t p h
ủa ĐTĐK, bộ điề ể ẽ ự ự báo để xác đị ậ ợp
 
( ), ( 1), , ( )
  
U u k u k u k Ncác giá tr u khi n t i các th m trong m
ị điề ể ạ ời điể ột
kho ng th
ả ời gian tƣơng lai N , sao cho v i nó thì m t hàm m c tiêu
ớ ộ ụ ( )
J U t giá tr
đạ ị
nh nh t. Trong s
ỏ ấ ố N tín hi u khi n t c, b u khi n s s
ệu điề ể ối ƣu tìm đƣợ ộ điề ể ẽ chỉ ử
d ng ph n t u tiên là
ụ ầ ử đầ ( )
u k làm giá tr tín hi u khi hi
ị ệu điề ển đƣa đến ĐTĐK ở ện

14. 13
t n th m trích m u ti p theo
ại. Đế ời điể ẫ ế 1

k , b u khi n s d ng các bi
ộ điề ể ử ụ ến đo đƣợc
m i, th c hi n l i công vi c gi i bài toán t c tín hi u khi n t
ớ ự ệ ạ ệ ả ối ƣu để có đƣợ ệu điề ể ối
ƣu mới ( 1)

u k . V m làm vi c theo chu k l p này, kho ng th i gian d
ới đặc điể ệ ỳ ặ ả ờ ự
báo N s c d ch d n theo tr c th i gian cùng v i vi c trích m u tín hi
ẽ đƣợ ị ầ ụ ờ ớ ệ ẫ ệu, điều
này d n m t tên g i khác c a MPC là
ẫn đế ộ ọ ủ     
u khi n d ch mi n d báo (receding
horizon) (Hình 1.2).
Hình 1. 2 
Hình 1. 3 
S d ng m t mô hình toán h d u ra c ng/quá trình trong
ử ụ ộ ọc để ự báo đầ ủa đối tƣợ
tƣơng lai ( | )

y t k t với 1... ,

k M M c g i là mi n gi i h n d báo (prediction
đƣợ ọ ề ớ ạ ự
horizon ).

15. 14
Chuỗ ệu điề ể ối ƣu
i tín hi u khi n t {u(t),...,u(t+ )}
N đƣợ ệ
c tính toán thông qua vi c
t i thi u hóa m t phi m hàm m c tiêu. Phi
ố ể ộ ế ụ ếm hàm này thƣờ ạ ộ
ng có d ng m t hàm
b c hai bao g a sai l ch gi a tín hi u ra d báo và qu
ậ ồm bình phƣơng củ ệ ữ ệu đầ ự ỹ đạo
quy chi u mong mu n c ng v n thiên tín hi u khi n :
ế ố ộ ới bình phƣơng chuỗi biế ều điề ể
ˆ
1
M M
2 2
k=h k=1
J = d(k)[y(t+k)- w(t+k)] + l(k)[Du(t+k -1)]
  (1.1)
Tín hi u khi n
ệu điề ể ( )
u t đƣợc đƣa tới đối tƣợ ệ
ng/quá trình trong khi các tín hi u
điề ể ạ ỗ ị ỏ ở ở ời điể ấ ẫ ế
u khi n còn l i trong chu i b b qua, b i vì th m l y m u ti p theo
( 1)

y t đã biết và bƣớc 1 đƣợ ặ ạ ớ ị ớ ộ ữ ệu đƣợ
c l p l i v i giá tr m i này và toàn b các d li c
c p nh
ậ ật.
T t c các phép tính toán c a gi i thu t t u ph c th c thi trong
ấ ả ủ ả ậ ối ƣu đề ải đƣợ ự
gi i h n th i gian là m t chu k trích m
ớ ạ ờ ộ ỳ ẫu, đây chính là nguyên nhân làm cho nhiều
gi i thu t MPC ph c t ng d ng th c ti n thành công cho nh ng h
ả ậ ứ ạp chƣa thể ứ ụ ự ễ ữ ệ
thống độ ọc nhanh, là đối tƣợ ỉ ấ ỳ ẫ ỏ ề cơ
ng h ng ch cho phép l y chu k trích m u nh . V
b n, vi c l a ch n chu k trích m u trong thu t toán MPC c n ph i phù h p v i các
ả ệ ự ọ ỳ ẫ ậ ầ ả ợ ớ
y u t :
ế ố
 Phù h p v ng h c c ng
    : th i gian trích m
ờ ẫu nói chung thƣ
đƣợ ọ ỏ hơn nhiề ầ ằ ố ờ ấ ủa ĐTĐK, nhƣng
c ch n nh u l n h ng s th i gian bé nh t c
vi c ch n chu k trích m u quá nh so v ng h c c gây nên s
ệ ọ ỳ ẫ ỏ ới độ ọ ủa ĐTĐK sẽ ự
lãng phí không c n thi t, và quan tr u khi n trong mô
ầ ế ọng hơn, tác động điề ể
hình gián đoạ ỉ ệ ớ ủ ỳ
n (t l v i tích c a chu k trích m u và tín hi u khi n t
ẫ ệu điề ể ối
ƣu tìm đƣợ ể ẽ ỏ hơn cả ố ởi phép đo biế
c) có th s nh sai s tính toán gây ra b n
tr i thu t t
ạ ả
ng thái, gi ậ ối ƣu sẽ ệ ự
không còn hi u l c.
 Phù h p v i kh u khi n và m
     
thu 
t t : m u khi n giá r có t toán trung bình nói chung
ột vi điề ể ẻ ốc độ tính
s không phù h p cho MPC trong m ng d u khi n h ng nhanh.
ẽ ợ ột ứ ụng điề ể ệ thố
Tuy nhiên, s phát tri n nhanh chóng c a ngành công ngh bán d
ự ể ủ ệ ẫn đang cho

16. 15
ra đời các dòng μC, DSP tốc độ ớ ạ
cao v i giá thành ngày càng h , giúp cho
MPC đang thự ự ở ộ ữ ỹ ật điề ể
c s tr thành m t trong nh ng k thu u khi n nâng cao
r ng.
ấ ợc ƣa chuộ
t đƣ
 Phù h p v i thi t b p hành
    ch : ngay c khi s d ng nh ng thi t b u khi
ả ử ụ ữ ế ị điề ển
t i tân, v n c n kh n tr ng thái c a thi t b p hành,
ố ẫ ần chú ý đế ả năng chuyể ạ ủ ế ị chấ
b i l vi c gi m chu k trích m u s u khi c c p
ở ẽ ệ ả ỳ ẫ ẽ kéo theo tác động điề ển đƣợ ậ
nh u không có m p ch t
ật nhanh hơn, nế ột cơ cấ ấp hành đủ ốt, đáp ứng đƣợc
yêu c u chuy n tr ng thái nhanh, thu nên vô hi u trên
ầ ể ạ ật toán MPC cũng trở ệ
thực tế.
Hình 1. 4 
1.3 Lý thuyết MPC, những khó khăn và thách thức
Ba v gi i quy t khi ti p c n v i m
ấn đề chính luôn đƣợc đặt ra để ả ế ế ậ ớ ột phƣơng
pháp MPC v m t lý thuy
ề ặ ết:

17. 16
 Tính chính xác c a mô hình d báo
 
M c dù m i quan tâm l n nh t khi nghiên c m u khi
ặ ố ớ ấ ứu về ột phƣơng pháp điề ển
luôn là tr l i câu h i v nh c a h c t , y u t
ả ờ ỏ ề tính ổn đị ủ ệ kín, nhƣng trên thự ế ế ố đóng vai
trò then ch t giúp cho nhi u thu t toán MPC có th c nh ng k t qu
ố ề ậ ể đạt đƣợ ữ ế ả thực
nghi m kh quan ngay c t ch ng minh lý thuy t nào v nh
ệ ả ả khi chƣa có mộ ứ ế ề tính ổn đị
chính là b i chúng ho ng d a trên m t mô hình d i chính xác. Vì
ở ạt độ ự ộ ự báo tƣơng đố
v t khâu vô cùng quan tr ng khi xây d ng c u trúc m
ậy, mô hình hóa ĐTĐK là mộ ọ ự ấ ột
h c m t mô hình ph n ánh chính xác hoàn toàn
ệ MPC. Nhƣng nói chung, có đƣợ ộ ả
độ ọ ủa ĐTĐK là điề ể ả khi đã thu đƣợ ột mô hình đủ
ng h c c u không th , và ngay c c m
t c bi u di n b n hóa mô hình phi
ốt đƣợ ể ễ ởi các phƣơng trình vi phân, việc gián đoạ
tuy ng g p trong h u h ng th c t y sinh nhi u khó
ến (thƣờ ặ ầ ết các đối tƣợ ự ế) cũng nả ề
khăn.
Trong trƣờ ợp mô hình đối tƣợ ử ụng để ự ất đị
ng h ng s d d báo là mô hình b nh,
v còn tr nên ph c t t nhi u. G t s nghiên c
ấn đề ở ứ ạp hơn rấ ề ần đây cũng đã có mộ ố ứu
v u khi n d báo d a vào mô hình b c nh ng k t qu tích c c,
ề điề ể ự ự ất định và đạt đƣợ ữ ế ả ự
trong đó phải kể đến các công trình [8],[11].
 Tính kh thi c a bài toán t
  
Tính kh thi ( ng v i gi i thu t MPC.
ả feasibility) đóng vai trò vô cùng quan trọ ớ ả ậ
Trong lƣu đồ ếu bƣớc “Giả ối ƣu” thự ệ
, n i bài toán t c hi n không thành công (bài toán
vô nghi c tín hi u khi n
ệm), không đƣa ra đƣợ ệu điề ể uopt( ) thì thu t toán này s
k ậ ẽ
không th hoàn t t, ho c b u khi n s
ể ấ ặ ộ điề ể ẽ đƣa ra các quyết định “sai lầm” dẫn đến
h ng m nh và không ki c. M t gi i thu xu
ệ thố ất ổn đị ểm soát đƣợ ộ ả ật do Mayne đề ất
trong [8] m chí còn yêu c u m t nghi m kh t nghi m t
thậ ầ ộ ệ ả thi hơn là mộ ệ ối ƣu toàn
c m b o tính nh c a h MPC. Tính kh thi c c khi
ục để đả ả ổn đị ủ ệ ả ần đƣợc xem xét trƣớ
đi tìm mộ ứ ự ổn đị ủ ệ ở ẽ ộ ật MPC đả ả
t ch ng minh cho s nh c a h kín, b i l m t lu m b o
tính i th
ổn định chƣa chắc đã đả ả ả ạ ọ
m b o tính kh thi t i m ờ ể
i đi m [12].

18. 17
Thách th c l n nh c không ph i bài toán t
ứ ớ ất ở đây chính là việ ả ối ƣu có ràng
bu m, ho c ít nh n nay v t l i gi ng
ộc nào cũng có nghiệ ặ ất là đế ẫn chƣa có mộ ờ ải tƣờ
minh cho m t bài toán t ng h p t ng kh ng
ộ ối ƣu trong trƣờ ợ ổng quát, cũng nhƣ nhữ ẳ
đị ề ộ ấ ệ ậ ế ệ ối ƣu đó có khả
nh v m t d u hi u nh n bi t chung cho vi c bài toán t thi hay
không.
N u m t bài toán t thi, m t s ràng bu c s c c n i l ng,
ế ộ ối ƣu không khả ộ ố ộ ẽ ần đƣợ ớ ỏ
dù v y, vi c tìm xem ràng bu c nào c n n i l làm nó tr nên kh t
ậ ệ ộ ầ ớ ỏng để ở ả hi cũng đặc
bi -
ệt khó khăn ([2] tr.157). Hai kỹ t ph bi n i l ng ràng bu
thuậ ổ ến thƣờng dùng để ớ ỏ ộc
ho c th m chí chuy n bài toán t c thành bài toán t
ặ ậ ể ối ƣu có ràng buộ ối ƣu không ràng
bu và .
ộc là k thu t hàm ph t
   k thu t hàm ch n
  
 Tính   
nh c a h MPC
Phƣơn ậ ủ ự ố ể ụ
g pháp lu n c a MPC d a trên bài toán t i thi u hóa hàm m c tiêu.
Nhƣng, ngay cả khi tìm đƣợ ệ ối ƣu mà tại đó giá trị ụ ỏ
c nghi m t hàm m c tiêu là nh
nh t thì giá tr nh nh m b o h ng nh.
ấ ị ỏ nhất này chƣa chắc đã đủ ỏ để đả ả ệ thố ổn đị
Trong khi đó, tính ổn đị ạ ọ ứ ề
nh ( ) l
stability i luôn là tr ng tâm trong nghiên c u v các
h ng h c và là m a m u khi
ệ thống độ ọ ục tiêu chung củ ọ ề
i bài toán đi ển.
Trong bài toán t u mi n d báo
ối ƣu MPC, nế ề ự Np  c g
thì bài toán đó đƣợ ọi
là IH-MPC ( c l i, n u
infinite horizon MPC), ngƣợ ạ ế Np là m s h u h n, bài toán
ột ố ữ ạ
đƣợ ế ạ ật điề ể
c x p vào lo i FH-MPC ( ). Trong khi các lu
finite horizon MPC u khi n
IH- c ch m b o tính nh thì các lu t FH-
MPC đã đƣợ ứng minh là đả ả ổn đị ậ MPC thƣờng
có tính i ph u ki n ràng bu m cu i
ổn định nghèo nàn, nó đòi hỏ ải đƣa thêm điề ệ ộc điể ố ,
ho c/và ph i ch nh tr c tuy n các tr ng s trong hàm m m b o
ặ ả ỉnh đị ự ế ọ ố ục tiêu để đả ả ổn
định [13][14]. Đố ớ ộc điể ố ầ ết để ỉ ổ
i v i FH-MPC, các ràng bu m cu i c n thi ch ra tính n
đị ại có khuynh hƣớ ẫn đế ữ ậ ạ ố ấ ỏ ếu điể ạ
nh l ng d n nh ng t p tr ng thái cu i r t nh , n m tr ng
thái đầ ậ ạ ối và đầ ị ặ ắ ộ ề ự
u cách xa t p tr ng thái cu u vào b ch n, thì b t bu c mi n d báo Np
ph i l n [12] u trong nghiên c u tính nh c a FH-MPC ph
ả ớ . Đóng góp tiêu biể ứ ổn đị ủ ải
k n bài báo [15] v i vi c ch ra t n t
ể đế ớ ệ ỉ ồ ại Np h u h bài toán FH- m b
ữ ạn để MPC đả ảo
c tính kh thi và tính nh n u bài toán IH-MPC là kh thi, và bài báo [12] v
ả ả ổn đị ế ả ới

19. 18
m t thu t toán tìm
ộ ậ Np t i thi c b u khi m b ng th n
ố ểu để thu đƣợ ộ điề ển đả ảo đồ ời ổ
đị ả
nh và kh thi.
Nói chung, m càng cho ch ng t t n u mi n d
ột phƣơng pháp MPC sẽ ất lƣợ ố ế ề ự
báo càng dài và t t nh t khi s c d báo
ố ấ ố bƣớ ự Np . Tuy nhiên, m ph c t p và
ức độ ứ ạ
kh ng tính toán tr c tuy n c a thu ng s t l v dài mi
ối lƣợ ự ế ủ ật toán MPC thƣờ ẽ ỉ ệ ới độ ền
d báo. Hi n nay, các tác gi c c ph
ự ệ ả ủa đồ án cũng chƣa tìm đƣợ ƣơng pháp MPC nào
đồ ời đạt đƣợ ả ừa đơn giả ễ ể ự ệ ừ
ng th c c 2 tiêu chí: v n, d tri n khai th c nghi m, v a có
đƣợ ộ ứ ế ề ổn định mà nó đem lạ ệ
c m t ch ng minh lý thuy t v tính i cho h kín.
1.4 Các phƣơng pháp MPC
Tùy theo đối tƣợ ến tính hay là đối tƣợ
ng là tuy ng phi tuyế ể
n mà ta có th áp
d u khi n d báo khác nhau. Các nghiên c u v u khi
ụng các phƣơng pháp điề ể ự ứ ề điề ển
d ng tuy n tính hi i hoàn thi n, các k t qu
ự báo cho đối tƣợ ế ện nay tƣơng đố ệ ế ả lý
thuy c c hóa b ng các thu t toán d t trong th c t . ). Tuy
ết đã đƣợ ụ thể ằ ậ ễ dàng cài đặ ự ế
nhiên, v i bài toán phi tuy n, tính kh thi c a bài toán t c nhi
ớ ế ả ủ ối ƣu còn phụ thuộ ều
vào tính phi tuy n c u ki n ràng bu c. Ngoài ra, so v i h tuy n
ế ủa mô hình, các điề ệ ộ ớ ệ ế
tính, bài toán điề ể ự ệ ến đòi hỏ ột lƣợ ớ
u khi n d báo cho h phi tuy i m ng tính toán l n
hơn kh ều, điều đó gây khó khăn cho nhữ ệ ống có độ ọ ờ
á nhi ng h th ng h c nhanh (th i
gian trích m u nh
ẫ ỏ).
M u khi n d tuy n tính [1]:
ột số phƣơng pháp điề ể ự báo đối với hệ ế
- ng h u khi n DMC (Dynamic Matrix Control).
Phƣơng pháp ma trận độ ọ ề
c đi ể
Các k n công ngh c l p c a h u
ỹ sƣ của Shell Oil đã phát triể ệ MPC độ ậ ủ ọ vào đầ
nh i nh ng ng d
ững năm 1970, vớ ữ ứ ụng ban đầu đƣợc đƣa vào những năm 1973.
Cutler và Ramaker đã trình bày chi tiế ề ật toán điề ển đa biế
t v thu u khi n không ràng
bu c, chúng có tên là DMC (Dynamic Matrix Control) vào nh i h
ộ ững năm 1979 tạ ội
ngh qu c t i h i ngh u khi n, t ng hoá. Trong
ị ố ế AIChE, và vào năm 1980 tạ ộ ị điề ể ự độ
t ng d ng công ngh
ạp chí chuyên ngành, năm 1980 Prett và Gillette đã đƣa ra một ứ ụ ệ

20. 19
DMC vào FCCU c a lò ph n ng/máy tái ch , mà
ủ ả ứ ế ở trong đó thuật toán đã đƣợc
thay đổi để ợ ới đặ ế ằ ộc. Và cũng có nhiề
phù h p v c tính phi tuy n và r ng bu u bài báo
thả ậ ề ệ ậ ạ ủ ọ ững điể ủ ậ
o lu n v công ngh nh n d ng quá trình c a h . Nh m chính c a thu t
toán điề ể ồ
u khi n DMC bao g m:
Mô hình đáp ứ ế
ng xung tuy n tính cho quá trình.
M c hi u h n.
ục tiêu thự ện quân phƣơng thông qua vùng dự đoán hữ ạ
Hoạt động tƣơng lai của đầu ra quá trình có đƣợ ờ ự ị
c nh s bám sát theo giá tr
đặ ạ ể
t trong ph m vi có th .
Đầ ối ƣu đƣợ ống nhƣ giả ế ấn đề bình phƣơng tố
u vào t c tính toán gi i quy t v i
thi u.
ể
- phi tuy n NMPC (Nonlinear MPC)
MPC với hệ ế
Trong các quá trình công nghi p, có m t s h ho ng nh ho
ệ ộ ố ệ ạt độ ổn đị ặc ổn định
xung quanh điể ệ ệ ể đƣợ
m làm vi c, các h này có th c mô t b i m t mô hình tuy
ả ở ộ ến
tính. Tuy nhiên có nhi u h m b u ki n này và vi c s d ng mô
ề ệ không đả ảo đƣợc điề ệ ệ ử ụ
hình tuy mô t i v i nh ng h này thì b u
ến tính để ả là không chính xác. Đố ớ ữ ệ ộ điề
khi n tuy n tính là không hi u qu , do v y ta ph i dùng b u khi n phi tuy
ể ế ệ ả ậ ả ộ điề ể ến.
MPC s d ng mô hình phi tuy n ngày càng tr nên ph bi n khi nh ng công
ử ụ ế ở ổ ế ữ
c ph n m m m t nhi u cho vi c xây d ng mô hình phi tuy n.
ụ ầ ề ới đã giúp ích rấ ề ệ ự ế
Các bƣớ ự ệ ệ ậ ạ ế
c th c hi n trong vi c nh n d ng mô hình phi tuy n là:
- n c u trúc mô hình hoá.
Chọ ấ
- u vào.
Thiết kế đố ợng đầ
i tƣ
- u.
Mô hình hoá nhiễ
- ng tham s .
Ƣớ ợ
c lƣ ố
- m tra s phù h p c
Kiể ự ợ ủa mô hình.

21. 20
Trong các y u t trên thì tu
ế ố ỳ c vào t ng mô hình c i các
thuộ ừ ụ thể mà thay đổ
y u t cho phù h p v i mô hình. Tuy nhiên quan tr ng nh i v i vi c mô hình
ế ố ợ ớ ọ ất đố ớ ệ
hoá quá trình phi tuy n là ch n c u trúc mô hình phù h p.
ế ọ ấ ợ
- u khi n d báo t ng quát GPC (Generalized Predictive
Phƣơng pháp điề ể ự ổ
Control).
Giải pháp GPC do Clarke và các đồ ự ế ị
ng s ki n ngh và đã trở ộ
thành m t trong
nh ng thu t toán c a MPC ph n trong công nghi p và nghiên c u. Thu t toán
ữ ậ ủ ổ biế ệ ứ ậ
đã đƣợ ụ ấ ề ứ ụ ệp. Phƣơng
c áp d ng r t thành công cho nhi u ng d ng trong công nghi
pháp có th gi i quy t nhi u y u t liên quan t i ch u khi n c a h
ể ả ế ề ế ố ớ ất lƣợng điề ể ủ ệ
th th
ố ụ ề ớp đối tƣợ ổ ợ ệ
ng, áp d ng cho nhi u l ng khác nhau, khi t ng h p h ống thì
phƣơng pháp này phả ự ự ế ớ ủ ố ợ ần điề ể
i d a trên s bi t trƣ c mô hình c a đ i tƣ ng c u khi n.
ng c a GPC là s d ng m nh l t các
Ý tƣở ủ ử ụ ột cách tính toán để xác đị ần lƣợ
tín hi u khi i thi u hoá m t hàm m c tiêu m i th m d
ệu điề ển tƣơng lai là tố ể ộ ụ ở ỗ ời điể ự
báo, có liên quan đến bình phƣơng sai lệ ữa đầ ự ị ố
ch gi u ra d báo và giá tr mong mu n
d báo c ng v a tín hi u khi n ràng bu c trong m t kho ng
ự ộ ới bình phƣơng củ ệu điề ể ộ ộ ả
th i gian.
ờ
Mô hình không gian tr m là có th mô t
ạng thái có ƣu điể ể ả các quá trình đa
bi n. Lu u khi n ch n là ph n h i c a m t t h p tuy n tính c a vector
ế ật điề ể ỉ đơn giả ả ồ ủ ộ ổ ợ ế ủ
trạ ặ dù đôi khi các biế ạng thái đƣợ ọn không có ý nghĩa vậ
ng thái m c n tr c ch t lý.
Trƣờ ợ ế ạng thái không đo đƣợ ệ ố ả ầ ộ
ng h p các bi n tr c, h th ng ph i c n thêm b quan sát
trạng thái, khi đó các tính toán sẽ ứ ạp hơn. Trong khuôn khổ ụ ủ ậ
ph c t áp d ng c a lu n
văn này, phƣơng pháp điề ể ự ạ ụ
u khi n d báo trong không gian tr ng thái có hàm m c
tiêu ph c sai l ch tín hi u khi u vào c a quá trình ng v ng
ụ thuộ ệ ệu điề ển đầ ủ ứ ới đối tƣợ
là b i DC
ộ ến đổ
bi -AC s c mô hình hóa
ẽ đƣợ ở chƣơng 2.

22. 21
1.5 Điều khiển dự báo trong không gian trạng thái.
1.5.1 Mô hình dự báo.
Xét h tuy n tính nhi u vào, nhi u ra (h MIMO) có mô hình tr
ệ ế ều đầ ều đầ ệ ạng
thái h i d
ệ dƣớ ạ ụ
ng không liên t c:
1 +
+
k k k
k k k
x x u
y x d
 




A B
C
(1.2)
Trong đó  n
k
x R là vector các giá tr ng thái x(t) c a h t i th m trích
ị trạ ủ ệ ạ ời điể
m u
ẫ  a
t kT và dk là vector các tín hi u nhi ng u ra. Hàm m c tiêu sau
ệ ễu tác độ ở đầ ụ
s không s d ng tr c ti p
ẽ ử ụ ự ế uk mà thay vào đó là sai lệch 1

  
k k k
u u u , nên c n
ầ
thi t ph
ế ả ể ạ ề ạ ợ ớ ệ
i chuy n mô hình tr ng thái trên v
(1.2) d ng thích h p v i sai l ch  k
u .
Trong công thức () không có thành ph n .
ầ D uk do các đối tƣợ ự ế
ng trong th c t có
quán tính, không các tác độ ự ế ừ đầu vào đến đầ ậ
ng tr c ti p t u ra, do v y D 0
= .
Thay 1

 
k k k
u u u vào , b qua s ng c u d
(1.2) ỏ ự tác độ ủa nhiễ k vào hệ, ta đƣợc:
ˆ ˆ
ˆ ˆ
= = =
ˆ
ˆ ˆ
= =
    
   
    
   
   
   



k+1 k
k+1 k k k
k k-1
k k k
x x
A B B
x + Δu Ax + BΔu
u u
0 I I
y Cx Cx
(1.3)
Trong đó I là ma trận đơn vị và
ˆ ˆ
ˆ
ˆ = = = =
     
     
   
 
k
k
k-1
x A B B
x , A , B , C C
u 0 I I
(1.4)
Mô hình này s c s d ng làm mô hình d
(1.3) ẽ đƣợ ử ụ ự báo cho phƣơng pháp điều
khi n d báo trong không gian tr ng thái.
ể ự ạ
1.5.2 Tối ưu hóa.
Nhiệ ụ ủ ối ƣu hóa bây giờ ải xác định đƣợ
m v c a t là ph c dãy các giá tr tín hi
ị ệu
điề ể ối ƣu trong tƣơng lai kể ừ ời điể
u khi n t t th m  a
t kT , bao gồm

23. 22
1 1
, ,...,
  
  
k k k M
u u u ng th i gian d báo, sao cho v i chúng, hàm
trong đó M là khoả ờ ự ớ
mục tiêu dạng toàn phƣơng:
T
u
ˆ ˆ ˆ ˆ
( ) ( ) min
T
Q     

y w S y w u Ru (1.5)
đạ ị ỏ ất, trong đó S là ma trận đố ứng xác định dƣơng, R là ma trậ
t giá tr nh nh i x n
xác định không âm cho trƣớc, và:
k+1 k+1 k
k+2 k+2 k+1
k+M k+M k+M-1
ˆ
ˆ
ˆ ˆ ˆ
= = =
ˆ
    
    
    
    
    
    
w y Δu
w y Δu
w , y , u
w y Δu
(1.6)
v i w(t) là qu o mong mu c mà vector các tín hi u ra y(t) c a h c
ớ ỹ đạ ốn đặt trƣớ ệ ủ ệ ần
ph i bám ti m c n theo.
ả ệ ậ
T mô hình d báo (1.3), và khi tri n khai l t cho các ch s k+j v
ừ ự ể ần lƣợ ỉ ố ới j = 1, …,
M ta có:
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ
= +
 
k
y w Φx Ψu w
2
M M-1 M-2
ˆ ˆ ˆ ˆ …
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ
ˆ ˆ … 0
= =
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ
ˆ ˆ ˆ
…
  
  
  
  
  
  
  
CA CB 0 0
CA CAB CB
Φ , Ψ
CA CA B CA B CB
(1.7)
Công thứ ả ệ
c mô t sai l ch ˆ ŵ

y c suy ra t mô hình d báo v
trên đƣợ ừ ự (1.3) ới:

24. 23
k+j k+j
k+j-1 k+j-1
k
j j-1
k
k+j-1
ˆ
ˆ ˆ
=
ˆ ˆ ˆ
ˆ
= +
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ
ˆ ˆ
ˆ
= + ,...,
 
 
 
 
 
y Cx
CAx CBΔu
Δu
CA x (CA B CB)
Δu
(1.8)
Thay hàm sai lệch ˆ ˆ
( w)

y đó vào hàm mục tiêu (1.5):
T T
k k
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ
= ( + ) ( + ) +
Q  
Φx Ψu w S Φx Ψu w u Ru
R d ng công th c tìm nghi
ồi sử ụ ứ ệm bài tóa tối ƣu LQ ta đƣợc:
T -1 T
k
ˆ ˆ ˆ
= ( + ) ( )
 
u Ψ SΨ R Ψ S Φx w (1.9)
Suy ra tín hi u khi n d báo
ệu điề ể ự k
u u khi ng là:
đƣa vào điề ển đối tƣợ
k k-1 k k-1
ˆ
= + = + (1,0,...,0)
u u Δu u u (1.10)
1.5.3 Tổng kết
T ng k t l i các k t qu trên ta có thu t toán sau mô t c làm vi c c a b
ổ ế ạ ế ả ậ ả các bƣớ ệ ủ ộ
điề ể ự ả ồ ạ
u khi n d báo ph n h i tr ng thái.
1. Xây d ng các ma tr n
ự ậ ˆ ˆ
ˆ
A,B,C t mô hình tr ng thái c (1.4).
ừ ạ ủa quá trình theo
2. n kho ng th i gian d báo M và xây d ng hai ma tr n
Chọ ả ờ ự ự ậ Ψ,Φ (1.7).
theo
3. n l p nh t v i k=0,1,...
Thực hiệ ặ ững bƣớc sau lần lƣợ ớ
a) Tính û và t
theo (1.9) ừ đó là uk theo (1.10).
b) Đƣa uk u khi ng và gán k:= k +1 r uay l
vào điề ển đố ợ
i tƣ ồi q ạ ớ
i bƣ c a).
B u khi n d báo ph n h i tr ng thái trên không s d ng các giá tr quá kh c
ộ điề ể ự ả ồ ạ ử ụ ị ứ ủa
tín hi u khi n. Nó có th áp d c cho c nh ng quá trình có tính pha
ệu điề ể ể ụng đƣợ ả ữ

25. 24
không c c ti a n u ghép chung b u khi n d báo ph n h i tr ng thái
ự ểu. Hơn nữ ế ộ điề ể ự ả ồ ạ
này v quan sát tr ng thái, ta s u khi n d báo ph n h u ra.
ới bộ ạ ẽ đƣợc bộ điề ể ự ả ồ ầ
i đ

26. 25
CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA THIẾT BỊ KHO ĐIỆN
2.1 Mô hình động học siêu tụ
2.1.1 Sơ lược về cấu tạo
K a k t qu nghiên c u trong lu tài li u [9], c u t o c a siêu t
ế thừ ế ả ứ ận văn tiến sĩ ở ệ ấ ạ ủ ụ
bao g n c c, l n môi và màng cách ly n m gi n c
ồm: Các điệ ự ớp điệ ằ ữa các điệ ực đó nhƣ minh
h a Hình 2.1.
ọ
Hình 2.1 -
 
-  ở các tụ điện truyền thống (tụ điện thƣờng) thì các điện cực là
các mặt phẳng. Với siêu tụ, các điện cực đƣợc làm bằng cacbon hoạt tính có
cấu trúc hình lỗ nhƣ các tổ ong. Do cấu trúc của cacbon hoạt tính có rất nhiều
các lỗ giống nhƣ tổ ong, khi xảy ra quá trình nạp điện cho tụ, các ion dƣơng
bị hút về cực âm còn các ion âm thì bị hút về cực dƣơng. Chính vì bề mặt
điện cực có hình lỗ nên sẽ làm tăng diện tích bề mặt điện cực lên gấp nhiều
lần, do đó sẽ có nhiều ion dƣơng, âm bị hút đến các bề mặt điện cực hơn.Vì
thế mà điện tích tích trữ trên tụ điện sẽ lớn hơn rất nhiều so với tụ điện
thƣờng.
- Một yếu tố khác biệt nữa là lớp điện môi giữa các điện cự
của siêu tụ là chất điện phân, trong khi lớp phân cách giữa hai bản tụ là chất

27. 26
cách điện thậm chí là không khí. Tính chất của chất điện phân này sẽ quyết
định điện áp định mức của siêu tụ, điện áp định mức cần thấp hơn điện áp
oxi hóa của chất điện phân. Thêm vào đó, chất điện phân này phải có khả
năng hòa tan hay làm phân hủy các muối để cung cấp ion tự do trong tụ.
Tính chất quan trọng của các ion có trong chất điện phân là tính lƣu động
cao, điều này sẽ quyết định đến điện trở nối tiếp của siêu tụ, cũng nhƣ khả
năng phóng nạp của siêu tụ là nhanh hay chậm, thƣờng thì điện trở nối tiếp
của siêu tụ rất là nhỏ.
- Màng cách ly: Có tác dụng là cách ly hai điện cực, tuy nhiên nó phải có khả
năng cho các ion đi qua.
Nguyên lý ho ng c a siêu t :
   Bên trong siêu t có hai hi ng v t lý
ụ ện tƣợ ậ
quy ng c a các ion là quan h khu n. Khi siêu t v
ết định đáp ứ ủ ệ ếch tán và tĩnh điệ ụ ừa
k t thúc quá trình x thì các ion trong ch n môi tr nên cân b ng do có s
ế ả ất điệ ở ằ ự
khu ch tán. N u lúc này siêu t c n p thì các ion b hút b t gi
ế ế ụ đƣợ ạ ị ởi điện trƣờng đặ ữa
các điệ ự
n c c, quá trình cách ly c a các ion x y ra. Nguyên nhân chính gây ra hi
ủ ả ện
tƣợ ự ả ủ ụ ế
ng t x c a siêu t chính là quá trình khu ch tán.
n dung c a m t t nh d a trên công th
ủ ộ ụ điện đƣợ ị
c xác đ ự ức:
cap
cap cap
cap
A
C
d
(2.1)
Trong đó:
Acap di n tích b m n c
– ệ ề ặt điệ ực.
dcap kho ng cách gi n c
– ả ữ ệ
a các đi ực.

cap h ng s n môi.
– ằ ố điệ
Diệ ề ặt điệ ự ẽ ỷ
n tích b m n c c s t l n còn kho ng cách
ệ thuậ ả dcap s t l ngh
ẽ ỷ ệ ịch
v n dung c a siêu t . các t ng thì kho ng cách
ới điệ ủ ụ Ở ụ điện thƣờ ả dcap chính là
kho ng cách gi a hai b n c c c a t n, còn siêu t thì kho ng cách
ả ữ ả ự ủ ụ điệ ở ụ ả dcap là giữa

28. 27
các điệ ấ ỏ ỡ ệ ề ặt điệ ực tăng lên và
n tích nên r t nh (c nano mét). Khi di n tích b m n c
kho ng cách
ả dcap gi u l n dung c n.
ả ề
m đi nhi ần thì điệ ủa tụ tăng lên rất lớ
2.1.2 Mô hình của siêu tụ dùng trong thiết bị kho điện
Siêu t là m ng ph c t p, vi nh mô hình siêu t ph i d a trên
ụ ột đối tƣợ ứ ạ ệc xác đị ụ ả ự
các đặ ậ
c tính v t lý sau:
 Đặc điểm điện hóa của hai lớp vật liệu đƣợc mô tả bằng một mạch RC. Thành
phần điện trở phụ thuộc vào trở kháng của vật liệu làm điện cực, chất điện
R
môi, lớp tiếp xúc;
 Theo lý thuyết về lớp điện thế của tụ hai lớp thì thành phần C thay đổi theo
điện áp đặt vào hai cực của tụ;
 Sự tồn tại của hiện tƣợng tự xả năng lƣợng (self-discharge).
Các công trình nghiên c u v mô hình siêu t có th chia thành hai nhóm
ứ ề ụ ể
chính: Mô hình m 
(Equivalent circuit) và
(Electrochemical models).
-  cho phép mô tả chính xác bản chất siêu tụ với các hiệ
tƣợng vật lý xảy ra bên trong nó. Tuy nhiên, tham số cần thiết để mô hình
hóa không thể thu thập đƣợc do nhà sản xuất nắm giữ công nghệ chế tạo.
Loại mô hình điện hóa không phù hợp cho mục tiêu thiết kế điều khiển nên
không đƣợc quan tâm trong luận án này.
-  có tính chất trực giác và đƣợc
rộng rãi trong nhiều nghiên cứu. Đối với mô hình   : Các
nhánh có thể đặc trƣng cho những hằng số thời gian từ nhỏ đến lớn. Với mô
hình ba nhánh RC, động học siêu tụ đƣợc mô tả đủ chính xác với hằng số
thời gian lên đến 30 phút. Tuy nhiên với mục tiêu sử dụng siêu tụ trong
những ứng dụng đòi hỏi huy động nhanh công suất trong khoảng thời gian cỡ
mili giây cùng lắm đến một vài phút, việc cố gắng mô tả siêu tụ với mô hình
ba nhánh RC là không cần thiết, thậm chí còn gây lãng phí, suy giảm hiệu
năng tính toán trong quá trình mô phỏng và thiết kế điều khiển. Do đó, mô

29. 28
hình hai nhánh RC nhƣ mô tả ở Hình 2.2a là phù hợp với mục tiêu ứng dụng
siêu tụ trong vấn đề điều khiển quá trình năng lƣợng sử dụng bộ biến đổi
công suất bán dẫn.
a) Mô hình 2 nhánh RC b) Mô hình tối giản
+
-
SC
u
P
R
0
i
C 1
i
C
i
R d
R
d
C
i
u
i
C
+
-
SC
u
0
i
C 1
i
C
i
R
i
u
i
C
i
SC
i dl
i P
i
Hình 2.2 [9]

Hai nhánh cung c p hai h ng s mô t quá trình nhanh và
RC ấ ằ ố thời gian để ả
chậm:
- Nhánh Immediate RiCi là nhánh đặc trƣng cho động học mang tính tức thời
của siêu tụ với hằng số thời gian cỡ giây, nó mô tả sự thay đổi của năng
lƣợng trong quá trình nạp/xả của siêu tụ.
- Nhánh Delay RdCd đƣợc gọi là nhánh chậm với hằng số thời gian cỡ phút, nó
mô tả quá trình năng lƣợng ở cuối chu trình nạp/xả. Tụ điện Ci đƣợc mô tả
bởi hai thành phần Ci0 (hằng số) và Ci1 (thay đổi theo điện áp đặt vào). Điện
trở Ri là điện trở tƣơng đƣơng của siêu tụ. Điện trở Rp đặc trƣng cho hiện
tƣợng tự xả. Điện trở Rp chỉ ảnh hƣởng đến đáp ứng mang tính chất lâu dài
của siêu tụ do hiện tƣợng dòng rò.
Trong lu n án này, siêu t làm vi c v i b bi i DC- ng h c c
ậ ụ ệ ớ ộ ến đổ DC nên độ ọ ủa
siêu t c xét trong m t kho ng th i gian ng n (trong m t chu k
ụ đƣợ ộ ả ờ ắ ộ ỳ xung điều
khi n) nên lúc này ta có th b qua nhánh (có h ng s i gian c phút) và
ể ể ỏ Delay ằ ố thờ ỡ
nhánh ch n tr R
ứa điệ ở P n trong ch t x
(đặc trƣng cho dòng rò dài hạ ế độ ự ả) nhƣ Hình
2.2b. Xem h hai t
ệ ụ có điện dung tƣơng đƣơng là Ci ph n áp
ụ thuộc vào điệ ui theo
quan h (2.2).
ệ

30. 29
0 1 0
.
i i i i v i
C C C C k u (2.2)
Dòng điệ ạ ụ đƣợc tính nhƣ công thứ
n ch y qua siêu t c (2.3).
( ) ( ) ( )
c
i i
dq d
i t C t u t
dt dt
(2.3)
Thay (2.2) vào (2.3) thu đƣợ ố ệ ữa dòng điện và điệ ụ
c m i quan h gi n áp siêu t
nhƣ (2.4).
0
( ) ( 2 ) ( )
i v i i
d
i t C k u u t
dt
( )
2.4
Nhƣ vậy điện áp không tăng tuyế ạ ụ ới dòng điệ
n tính trong quá trình n p t v n là
h ng s
ằ ố. Định nghĩa giá trị điện dung tƣơng đƣơng trong (2.4) là Cv=Ci0+2kvui thì
phƣơng trình độ ọc (2.4) đƣợ ế ại nhƣ (2.5).
ng h c vi t l
( )
( ) i
v
du t
i t C
dt
(2.5)
V nh n d ng các tham s c a siêu t có th tìm th nh ng công trình
ấn đề ậ ạ ố ủ ụ ể ấy ở ữ
nghiên c u chuyên sâu v v mô hình hóa và nh n d ng tham s siêu t . Lu
ứ ề ấn đề ậ ạ ố ụ ận
án này s d ng siêu t ng h c c a quá trình
ử ụ ụ nhƣ một đối tƣợng có các đặc điểm độ ọ ủ
trao đổ ấ ợ ớ ự ến động nhanh nên không đi sâu vào bài toán
i công su t phù h p v i s bi
mô hình hóa và nh n d ng tham s mà gi c tham s .
ậ ạ ố ả thiết siêu tụ đã xác định đƣợ ố
2.2 Mô hình bộ biến đổi DC DC dùng trong thiết bị kho điện
-
Trong tài liệ ả ậ ụng ý tƣởng điề ển đồ ờ
u [9], tác gi v n d u khi ng th i hai van IGBT
nhƣng bổ ỏ các bƣớ ự
sung và làm sáng t c xây d ng mô hình. Quá trình mô hình hóa
đƣợ ắt nhƣ sau: Xác đị ấ ạch điệ ứ ớ ạ
c tóm t nh các c u trúc m n ng v i các tr ng thái
chuy n m ch c a van; xây d ng mô hình chính xác c a DC- i v i các bi
ể ạ ủ ự ủ DC đố ớ ến
trạ đƣợ ự ọn là dòng điệ ộ ảm và điệ ụ ủ ạ
ng thái c l a ch n qua cu n c n áp trên t c a m ch
điệ ộ ều trung gian; xác đị ắ ạ
n m t chi nh mô hình trung bình ng n h n.
B bi i DC-DC hai chi u c c th hi n trên Hình 2.3.
ộ ến đổ ề ấu trúc cơ bản đƣợ ể ệ
C u trúc m ch l c này có th c tìm th y trong m t s s n ph m thi t b n
ấ ạ ự ể đƣợ ấ ộ ố ả ẩ ế ị kho điệ

31. 30
s d ng siêu t c
ử ụ ụ ủa công ty M&P CHLB Đức. Để tăng công suấ ộ ến đổ
t b bi i DC-
DC, trong m t s công trình, các tác gi s d ng gi i pháp ghép song song các
ộ ố ả ử ụ ả
nhánh cơ bản để ối dòng điệ ả
phân ph n ch y qua các nhánh van, các cu n c m (thay
ộ ả
vì ch s d ng m t nhánh van v i m n c m).
ỉ ử ụ ộ ớ ột cuộ ả
2.2.1 Mô hình chính xác
M ch l c b bi i DC- c tách ra và th hi
ạ ự ộ ến đổ DC đƣợ ể ện nhƣ trên Hình 2.3 là
c u trúc m n.
ấ ạch cơ bả
C
RL,L
SBK
SBS
udc
DBS
DBK
SC
+
-
L
i
inv
i
C
i
Driver
Ch
q
Dch
q
duty
SC
u
Hình 2. DC dùng trong S
3 -

Hoạ ộ ủ
t đ ng c a DC c phân tích d
-DC đƣợ ự ả ế
a trên các gi thi t sau:
- Thành phần điện trở nối tiếp tƣơng đƣơng của các tụ điện (siêu tụ, tụ điện
DC-link) đƣợc bỏ qua. Các phần tử thụ động nhƣ điện cảm, điện trở của cuộn
cảm trong mạch DC-DC là hằng số.
- Mô hình thay thế tƣơng đƣơng của nghịch lƣu nguồn áp 3 pha nối lƣới là
nguồn dòng iinv quy đổi từ phía AC sang phía DC.
- Các van bán dẫn IGBT đƣợc coi là lý tƣởng: điện trở khi dẫn dòng bằng
không, điện trở khi không dẫn dòng vô cùng lớn, thời gian chuyển mạch là
cực kỳ ngắn.
- Bộ biến đổi DC DC làm việc ở chế độ dòng điện chạy qua cuộn cảm là liên
-
tục.
- Quy ƣớc chiều dƣơng của dòng điện chảy qua cuộn cảm ứng với trạng thái
nạp (tích), chiều âm của dòng điện ứng với trạng thái xả (phóng) của siêu tụ
nhƣ thể hiện trên Hình 2.3.

32. 31
- Tín hiệu đóng mở của hai van bán dẫn IGBT SBK, SBS đƣợc điều khiển theo
phƣơng pháp nghịch đảo trạng thái của nhau.
   
ch n p S
, van
BK s làm vi c k t h p v -
ẽ ệ ế ợ ới đi ốt DBK hình thành nên 2 c u
ấ
hình m a trên Hình 2.4.
ạch điện nhƣ minh họ
- Khi SBK dẫn dòng (ứng với tín hiệu điều khiển qCh=1), hệ phƣơng trình vi
phân mô tả mạch điện nhƣ (2.6).
1 1
1 1
L L
L DC S C
DC
L inv
di R
i u u
dt L L L
du
i i
dt C C
(2.6)
- Khi SBS q
dẫn dòng (ứng với tín hiệu điều khiển Ch=0), hệ phƣơng trình vi
phân mô tả mạch điện nhƣ (2.7).
1
1
L L
L S C
DC
inv
di R
i u
dt L L
du
i
dt C
(2.7)
C
RL,L
SBK
SBS
DBS
DBK
+
-
L
i
inv
i
C
i
Driver
Ch
q
DC
u
SC
u
trh
d d
SC
C
RL,L
SBS
DBS
DBK
+
-
L
i
inv
i
C
i
DC
u
SC
u
SC
C
RL,L
SBS
DBS
DBK
+
-
L
i
inv
i
C
i
DC
u
SC
u
SC
1
BK
Ch
S ON
q 0
BK
Ch
S OFF
q
Hình 2.4 -
 

33. 32
   
ch x , van S
BS s làm vi c k t h p v -
ẽ ệ ế ợ ới đi ốt DBS hình thành lên 2 cấu
hình m a trên Hình 2.5.
ạch điện nhƣ minh họ
- Khi SBS dẫn dòng (ứng với tín hiệu điều khiển qDch=1), hệ phƣơng trình vi
phân mô tả mạch điện nhƣ (2.8).
1
1
L L
L SC
DC
inv
di R
i u
dt L L
du
i
dt C
(2.8)
- Khi SBS khóa dòng (ứng với tín hiệu điều khiển qDch=0), hệ phƣơng trình vi
phân mô tả mạch điện nhƣ (2.9).
1 1
1 1
L L
L DC S C
DC
L inv
di R
i u u
dt L L L
du
i i
dt C C
(2.9)
C
RL,L
SBK
SBS
udc
DBS
DBK
SC
+
-
L
i
inv
i
C
i
Driver
trh
d d
SC
u
C
RL,L
SBK
SBS
udc
DBS
DBK
SC
+
-
L
i
inv
i
C
i
SC
u
C
RL,L
SBK
SBS
udc
DBS
DBK
SC
+
-
L
i
inv
i
C
i
SC
u
1
BS
Dch
S ON
q 0
BS
Dch
S OFF
q
Hình 2.5 -
 

34. 33
Hai van SBK, SBS u khi n ho ng ngh o tr ng thái c
đƣợc điề ể ạt độ ở chế độ ịch đả ạ ủa
nhau, nên ch c n dùng m t hàm chuy
ỉ ầ ộ ể ạch nhƣ (2.10) là có thể ế ợ ệ
n m k t h p các h
phƣơng trình (2.6), (2.7), (2.8) và (2.9) để thu đƣợ ệ phƣơng trình mô tả ố
c h th ng
nh n p/x c bi
ất hai chế độ ạ ả ủa bộ ến đổi nhƣ (2.11).
1 ;
0 ;
1
BK BS
Ch
BK BS
Dch Ch
S ON S OFF
q q
S OFF S ON
q q
(2.10)
1 1
1 1
L L
L DC SC
DC
L inv
di R
i u q u
dt L L L
du
i q i
dt C C
(2.11)
1
0
0
1 0
0 0
S C
L
L L L
DC DC DC inv
u
R
i i i
L L
q
L
u u u i
C C
A B
W
(2.12)
Viết (2.11) dƣớ ạ ận nhƣ (2.12) nhậ ấ ự ồ ạ ữ
i d ng ma tr n th y s t n t i phép nhân gi a
bi n tr ng thái ( ) và bi u vào u khi n ( ) th hi
ế ạ state variables ến đầ điề ể control input ể ện
đặc điể ế ấ ủ ộ ến đổ ề
m phi tuy n c u trúc c a mô hình b bi i DC-DC hai chi u. Mô hình
(2.12) thu c v l p ( ). Mô h
ộ ề ớ h có c i
  variable-structure systems
này phù h p v t k u khi u khi
ợ ới các phƣơng pháp thiế ế điề ển nhƣ: Điề ển trƣợt –
Sliding mode control (SMC) u khi ng
,   - Hysteresis control. Trong lu n án
ậ
này, tác gi không l a ch n nh ng gi u khi ng t n t n ch
ả ự ọ ữ ải pháp điề ển đó do nhữ ồ ại hạ ế
c h u c c ti p theo tác gi d ng mô hình trung
ố ữ ủa SMC. Do đó, bƣớ ế ả đƣa mô hình về ạ
bình nhƣ dƣới đây.
2.2.2 Mô hình trung bình ngắn hạn
Để ể ề ạ ử ụ
chuy n mô hình (2.12) v d ng mô hình trung bình s d ng phép trung
bình ng n h c mô t
ắ ạn hay trung bình trƣợt – Sliding average đƣợ ả nhƣ (2.13).
Phƣơng pháp này áp dụ ớ ụ ế các đại lƣợng gián đoạ ở
ng v i m c tiêu thay th n b i các giá
tr trung bình trong m t k
ị ỗ ỳ để ậ ện hơn khi thiế
i chu k thu n ti ế điề ể
u khi n.

35. 34
0
( ) ( )
1
( )
S
t
S t T
f t t f f d
T
(2.13)
Tính chất cơ bả ủ ợt là đạ ờ ủ
n c a phép trung bình trƣ o hàm theo th i gian c a trung
bình trƣợ ủ ộ ệu chính là trung bình trƣợ ủa đạ ờ
t c a m t tín hi t c o hàm theo th i gian,
nghĩa là:
0
0
( ) ( ) ( ) ( )
d d
f t t f t t
dt dt
(2.14)
M t h ng h c t ng quát c a m t bi n tr c cho b
ộ ệ phƣơng trình độ ọ ổ ủ ộ ế ạng thái đƣợ ởi
(2.15).
( ) ( , , )
d
x t f x u t
dt
(2.15)
V là m t hàm phi tuy n t ng quát. Áp d t cho (2.15) ta
ới f ộ ế ổ ụng phép trung bình trƣợ
thu đƣợc (2.16).
0 0
( ) ( , , ) ( )
d
x t f x u t t
dt
(2.16)
H s u ch
    chính là giá tr trung bình c a tín hi u chuy n m ch trong m t chu
ị ủ ệ ể ạ ộ
kỳ TS đƣợc tính nhƣ sau:
1 1
( ) ( ) 1 0
S ON
S S S ON
t T T
t t
S S
t T t T t T T
q t q d d d
T T
(2.17)
( )
( ) ( ) ON
S
T t
d t q t
T
(2.18)
Trong (2.12), các thành ph n là tích gi a bi n tr ng thái và hàm chuy
ầ coupling ữ ế ạ ển
m ch khi áp d c x p x b
ạ ụng phép trung bình hóa đƣợ ấ ỉ ằng tích các trung bình nhƣ
sau:
0 0 0 0
0 0 0 0
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
L L L
DC DC DC
i q t i t q t i t d t
u q t u t q t u t d t
(2.19)

36. 35
Nhƣ vậy, n u s d ng vector bi n tr ng thái là các giá tr trung bình ng n h n c
ế ử ụ ế ạ m ị ắ ạ ủa
dòng điệ ộ ảm và điệ ụ đƣợc định nghĩa nhƣ (2.20), mô hình
n qua cu n c n áp trên t
trung bình ng n h n c c vi t l a trên các tính ch t (2.18)
ắ ạ ủa (2.12) đƣợ ế ại nhƣ (2.21) dự ấ
và (2.19).
0
0
L
i
u DC
i
m
m u
m (2.20)
1
1
i L SC
i u
u inv
i
dm R u
m m d
dt L L L
dm i
m d
dt C C
(2.21)
Mô hình (2.21) th hi m phi tuy n c u trúc v i phép nhân gi a bi n tr ng
ể ện đặc điể ế ấ ớ ữ ế ạ
thái và biến điề ể
u khi n.
2.2.3 Kiểm chứng mô hình
S d ng công c mô ph ng Matlab-Simulink/SimPowerSystems ki
ử ụ ụ ỏ để ểm
chứng tính đúng đắ ủ ớ ễ ế ạ
n c a mô hình trung bình v i di n bi n trên mô hình m ch van
thự ế ị ế ạng thái dòng điện, điệ
c t . Mô hình trung bình cho ra các giá tr bi n tr n áp
trung bình. Tín hi u khi c ti n mô hình trung bình, trong
ệu điề ển đƣợc đƣa trự ếp đế
khi đó đố ớ ạ ẽ ầ ột khâu điề ế PWM. Thay đổ
i v i mô hình m ch van s c n thêm m u ch i
t n s PWM và các giá tr h s u ch duty-
ầ ố ị ệ ố điề ế cycle để ể ễ ế ệ
ki m tra di n bi n trong h
thống ta thu đƣợ ế ả nhƣ ở ễ ế ủ
c các k t qu Hình 2.6, Hình 2.8. Di n bi n c a mô hình
trung bình đúng vớ ễ ế ạ ị dòng điệ ộ
i di n bi n trên mô hình m ch van, giá tr n qua cu n
c n áp trên t -
ảm và điệ ụ DC link trên mô hình trung bình đã phản ánh đúng là giá trị
trung bình ng n h n c ch van. T n s PWM
ắ ạ ủa các đại lƣợng đó trên mô hình mạ ầ ố
càng l n thì sai s gi a mô hình trung bình ng n h n so v i mô hình m ch van càng
ớ ố ữ ắ ạ ớ ạ
nh .
ỏ

37. 36
Hình 2.6 

Hình 2.7 

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
-200
-100
0
100
200
SO S¸NH D¹NG DßNG §IÖN
i
L
[A]
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
400
600
800
1000
SO S¸NH D¹NG §IÖN ¸P
Thêi gian [s]
u
DC
[V]
M« h×nh Switched
M« h×nh trung b×nh
M« h×nh Switched
M« h×nh trung b×nh
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
-300
-200
-100
0
100
200
300
sù thay ®æi d¹ng dßng ®iÖn theo tÇn sè pwm
i
L
[A]
0,020 0,021 0,022 0,023 0,024 0,025 0,026 0,027 0,028
-100
-50
0
50
100
sù thay ®æi d¹ng dßng ®iÖn theo tÇn sè pwm (Phãng to)
Thêi gian [s]
i
L
[A]
1kHz
2kHz
5kHz
10kHz
Averaged
1kHz
2kHz
5kHz
10kHz
Averaged

38. 37
Hình 2.8 

Tác giả đã chỉ ự ồ ạ ộ ị ngƣỡ
ra s t n t i m t giá tr ng dtrh=uDC/uSC n ch
chi phối đế ế độ
làm vi c c a DC- c ki m ch ng b ng mô ph ng trong lu
ệ ủ DC và đƣợ ể ứ ằ ỏ ận án này nhƣ
minh h a trên Hình 2.9.
ọ
o Nếu d>d trh thì dòng điện trung bình chảy qua cuộn cảm sẽ dƣơng, chế
độ nạp sẽ xuất hiện, điện áp trên siêu tụ tăng, điện áp trên
charge mode
tụ DC-link giảm (các đặc tính có chỉ số 3).
o Nếu d<d trh thì dòng điện trung bình chảy qua cuộn cảm sẽ âm, chế độ
xả sẽ xuất hiện, điện áp trên siêu tụ giảm, điện áp trên
Discharge mode
tụ DC-link tăng (các đặc tính có chỉ số 2).
o Nếu d=d trh thì dòng điện trung bình chảy qua cuộn cảm sẽ bằng không,
điện áp trên siêu tụ và điện áp trên tụ DC link không thay đổi (các đặc
-
tính có chỉ số 1).

39. 38
Hình 2.9 -
 
2.3 Mô hình bộ biến đổi DC AC dùng trong thiết bị kho điện
-
Ghép v c là b bi i DC-AC ho ng hai ch : Ch nh
ới lƣới điện đƣợ ộ ến đổ ạt độ ở ế độ ỉ
lƣu khi nhận năng lƣợ ừ ớ ịch lƣu khi đƣa năng lƣợng lên lƣớ ữ
ng t lƣ i và ngh i. Nh ng

40. 39
n n g n v mô hình DC-AC dùng trong thi t b kho
ội dung sau đây trình bày ngắ ọ ề ế ị
điện.
2.3.1 Mô hình bộ biến đổi DC-AC
Sơ đồ ạ ự ủ ộ ến đổ ọ ịch lƣu nguồ
m ch l c c a b bi i DC-AC hay còn g i là ngh n áp 3
pha (DC- c mô t -AC có nhi m v t o ra m t h
AC) đƣợ ả nhƣ Hình 2.10. BBĐ DC ệ ụ ạ ộ ệ
thố ồ ều 3 pha có biên độ ầ ố và góc pha theo nhƣ ý muốn. BBĐ
ng ngu n xoay chi , t n s
DC- c nuôi b i ngu n áp m u.
AC 3 pha đƣợ ở ồn điệ ột chiề
Xét m t nhánh van pha A có 4 tr ng thái làm vi
ộ ạ ệc nhƣ sau:
(1) SAH=1; S AL
=0 dòng điện i A chảy (không phụ thuộc dấu) qua SAH và điện áp ra
uA0=ud/2.
(2) SAH=0; S AL
=1 dòng điện i A chảy (không phụ thuộc dấu) qua SAH và điện áp ra
uA0=-ud/2.
(3) SAH=1; SAL=1 trạng thái này nối ngắn mạch nghịch lƣu vì vậy bị cấm.
(4) SAH=0; S AL=0 Tùy theo dấu, iA chảy qua van trên hoặc dƣới. Điện áp phụ
thuộc dấu của dòng. Đây là trạng thái bất định, do nghịch lƣu không đảm bảo
đặc tính nguồn áp, vì vậy trạng thái này không đƣợc sử dụng.
Cdc
SAH
SBL
SBH
SCL
SCH
SAL
A
B
C
SA
+1
-1 SB
+1
-1
+1
-1
N
SC
0
d
u
1
2
d
u
1
2
d
u
d
i
d
i
A
i
B
i
C
i
A
u
B
u
C
u
0
A
u 0
B
u 0
C
u
0
N
u
Hình 2. 10 
Nhƣ vậy, th c t s d ng 2 tr
ự ế chỉ ử ụ ạng thái (1) và (2). Điều này tƣơng đƣơng với
vi t luân phiên gi van nên ta có m i quan h
ệ ắ
c đóng ng ữa 2 ố ệ
1
AH AL
S S

41. 40
Từ đó ta xây dựng đƣợc hai hàm quy đổi gián đoạn để tính điện áp và dòng
điện trên Hình 2.10 nhƣ sau:
0 ( )
2
;
d
A AH AL
d AH A d AL A
u
u S S
i S i i S i
(2.22)
Định nghĩa khóa mới SA :
1
2
1
2
A
AH
A AH AL
A
AL
S
S
S S S
S
S
(2.23)
Khi đó biể ễn (2.22) nhƣ sau:
u di
0
2
1 1
;
2 2
d
A A
A A
d A d A
u
u S
S S
i i i i
(2.24)
Giá tr u ra m ch ngh i chu k u ch
ị trung bình điện áp đầ ạ ịch lƣu trong mỗ ỳ điề ế
(trung bình ngắ ạ
n h n) 0
A
u đƣợ ị
c xác đ nh:
0 0
1
( ) ( )
s
t T
A A
s t
u t u d
T
(2.25)
Giả ết điệ ộ ề
thi n áp m t chi u ud b ng ph ng (do ch ng c a m ch l
ằ ẳ ất lƣợ ủ ạ ọc trƣớc
khi vào m ch ngh trung bình
ạ ịch lƣu), giá trị 0
A
u đƣợ ế ại nhƣ sau:
c vi t l
0
2 2
1 1
2 2
1 1
2 2
d d
A A A
A A
d A A
A A
d A A
u u
u S S
S S
i i i
S S
i i i
(2.26)

42. 41
Đại lƣợng 

 c g u ch , t l thu n v i giá tr
đƣợ ọi là hàm điề ế ỷ ệ ậ ớ ị đặt uA0,Ref của
điệ ờ đó có thể ả ịch lƣu bởi các phƣơng trình liên tụ ạng dƣớ
n áp. Nh mô t ngh c có d i
đây:
0
2
1
2
1
2
d
A A
A
d A
A
d A
u
u m
m
i i
m
i i
(2.27)
Trong nhi ng d ng,
ều ứ ụ 

có d ng sin, vì v c s
ạ ậy các phƣơng trình liên tụ ẽ
có dạng nhƣ (2.28) (MA g i là h s u ch và
ọ ệ ố điề ế 1 là t n s n c u ra
ầ ố cơ bả ủa đầ
nghịch lƣu).
1
0 1
1
1
sin( )
sin( )
2
1 sin( )
2
1 sin( )
2
A A m
d
A A m
A m
d A
A m
d A
m M t
u
u M t
M t
i i
M t
i i
(2.28)
Điệ – ủ ại đƣợc tính hoàn toàn tƣơng tự nhƣ
n áp pha trung tính c a các pha còn l
trên. Vì vậy, điệ – ủ ịch lƣu 3 pha đƣợ ƣ sau:
n áp pha trung tính c a ngh c tính nh
0
0
0
2
2
2
d
A A
d
B B
d
C C
u
u S
u
u S
u
u S
(2.29)
Điệ – pha (điện áp dây) đƣợc tính nhƣ sau:
n áp pha

43. 42
2
2
2
d
AB A B
d
BC B C
d
CA C A
u
u S S
u
u S S
u
u S S
(2.30)
Dòng điệ ủ ạ ộ ề ợ
n c a m ch m t chi u trung gian DC-Link đƣ c tính là:
1 1 1
2 2 2
A B C
d A B C
S S S
i i i i (2.31)
N u t ng
ế ải 3 pha đối xứ
1
0
2
A B C d A A B B C C
i i i i S i S i S i (2.32)
Khi m n áp trên t n áp pha theo (2.30). Khi
ạch t u tam giác
 thì điệ ải là điệ
m ch n áp pha so v m sao trên t
ạ t u hình sao
  điệ ới điể ải đƣợc tính toán nhƣ
(2.33):
1 1 0
0 1 1
1 0 1
AB AN
BC BN
CA CN
u u
u u
u u
(2.33)
N u t i ba pha cân b ng, (2.32) có th vi t l
ế ả ằ ể ế ại:
1 1 0
0 1 1
1 1 1
0
AB AN
BC BN
CN
u u
u u
u
(2.34)
Điệ ả ợc xác đị
n áp trên t i đƣ nh:
1
1 1 0 2 1 1
1
0 1 1 1 1 1
3
1 1 1 1 2 1
0 0
AN AB AB
BN BC BC
CN
u u u
u u u
u
(2.35)
Phƣơng trình đƣợ ế ạ
c vi t l i:

44. 43
2 1
1
1 1
3
1 2
AN
AB
BN
BC
CN
u
u
u
u
u
(2.36)
T n áp pha trên t c vi t l i s d ng hàm chuy
ừ (2.30) và (2.36), điệ ải đƣợ ế ạ ử ụ ển
mạch nhƣ sau:
2
3 2 2 2 3
2
3 2 2 2 3
2
3 2 2 2 3
A B C d B C d
A AN A
B A C d A C d
B BN B
C B A d A B d
C CN C
S S S u S S u
u u S
S S S u S S u
u u S
S S S u S S u
u u S
(2.37)
Điện áp điểm sao uN0 s có d ng ph c t i. Khi t i x ng và không t
ẽ ạ ụ thuộ ả ải đố ứ ồn
t i thành ph n m t chi n áp gi n th 0 c m ch ngh
ạ ầ ộ ều, điệ ữa điểm điệ ế ủa sơ đồ ạ ịch lƣu
v m trung tính c a t
ớ ể
i đi ủ ải uN0.
0 0
0 0
0 0
AN A N
BN B N
CN C N
u u u
u u u
u u u
(2.38)
0 0 0 0
0
2
3 2 2 6
A B C d d d
A A B C
AN A N N A AN
N
S S S u u u
S S S S
u u u u u u
u
(2.39)
Điệ ải (2.37) và điệ
n áp trung bình các pha trên t n áp uN0 (2.39) mô t b ng
ả ằ
hàm liên t c trên mi n th
ụ ề ời gian nhƣ (2.40)

45. 44
0
2
3 2
2
3 2
2
3 2
6
A B C d
AN
B A C d
BN
C B A d
CN
d
N A B C
m m m u
u
m m m u
u
m m m u
u
u
u m m m
(2.40)
Đố ớ ịch lƣu nguồn áp ba pha, các hàm điề ế ạng đố ứng đƣợ
i v i ngh u ch có d i x c
mô tả nhƣ (2.41)
1
1
1
sin( )
2
sin( )
3
2
sin( )
3
A
B
C
m M t
m M t
m M t
(2.41)
Công th u ch theo (2.41) chính là ba sóng sin chu
ức hàm điề ế ẩn trong phƣơng
pháp SPWM ( ). Do
Sinusoidal Pulse Width Modulation mA+mB+mC=0 nên (2.40)
đƣợ ế ại nhƣ sau:
c vi t l
0
2
2
2
0
d
AN A
d
BN B
d
CN C
N
u
u m
u
u m
u
u m
u
(2.42)
T (2.42) ta có th u ch c a ngh
ừ ể xác định các hàm điề ế ủ ịch lƣu ba pha theo
phƣơng pháp SPWM khi biết điệ ộ ề
n áp m t chi u ud t vào m ch ngh
đặ ạ ịch lƣu và điện
áp đầ ả
u ra t i 





 






 





mong mu n. Ngoài ra, theo (2.42) ta th
ố ấy đƣợc biên độ
điệ ả ớ ấ ạ ịch lƣu nguồn áp ba pha đƣợc điề ế theo phƣơng
n áp ra t i l n nh t m ch ngh u ch
pháp SPWM là ud/2.

46. 45
Còn đố ới phƣơng pháp SVM, giá trị trung bình điệ ải đầ ạ
i v n áp t u ra m ch
ngh c vi
ịch lƣu đƣợ ết lại:
2
3 2
2
3 2
2
3 2
a b c dc
an
b a c dc
bn
c b a dc
cn
d d d U
u
d d d U
u
d d d U
u
(2.43)
2.3.2 Mô hình BBĐ DC AC ghép với lưới điện
-
BBĐ DC AC thƣờng đƣợ ới lƣớ ả
- c ghép v i qua c m kháng LD n tr c
(có điệ ở ủa
cuộn dây là RD), qua khâu l c RC và bi
ọ ến áp nhƣ Hình 2.11. Trong đó: RD và LD l n
ầ
lƣợt là điệ ở và điệ ả ủ ộ ả ọ
n tr n c m c a cu n c m l c dòng; RF C
và F là điệ ở và điệ
n tr n
dung c a khâu l c áp RC;
ủ ọ là điện áp đầ ủ ịch lƣu;
u ra c a khâu ngh  n áp
là điệ
m t chi u trung gian gi a khâu ch t thay th n áp
ộ ề ữ ỉnh lƣu và nghịch lƣu. Giả thiế ế điệ
lƣớ ằ ồ
i b ng ngu n áp eN, điệ ả ủa lƣớ ả ế ết trƣớ
n c m c i gi thi t bi c là LN, máy bi n áp
ế
đƣợc thay th b n c m tiêu tán
ế ằng điệ ả 
T và ta có sơ đồ tƣơng đƣơng nhƣ Hình
2.12. Vì t n th n c i r t nh so v
ổng điện áp rơi trên biế ế và điệ ảm lƣớ ấ ỏ ới điện áp rơi
trên khâu l c RC nên ta có th b thay th t i gi
ọ ể ỏ qua chúng và thu đƣợc sơ đồ ế ố ản để
ph cho vi c mô hình hóa và thi Hình 2.13.
ục vụ ệ ết kế nhƣ ở
i N
=
3~
3PVSC
u N
Biến thế
Lưới
Điện
3~ C F
RF
RD L D
i N
d
Hình 2. 11 -
 

47. 46
=
3~
3PVSC
uN
CF
R F
RD L D
i N
i T
LN L T
~ eN i F
d
u
Hình 2. 12 -
 
=
3~
3PVSC
u N
CF
RF
RD LD
i N
i T
~ e N i F
d
u
Hình 2. 13 -
 
a) -
  AC
Ở ế độ ậ ố ệ ữ ện áp lƣớ ệ ọc nhƣ (2.44)
ch xác l p thì m i quan h gi a đi i và dòng đi n l
với N ố ủ ần cơ bả đ ện áp lƣớ
là tần s góc c a thành ph n i i.
1
N F F F
N F
R
j C
e i i (2.44)
Trong hệ ọ ộ ự ớng điện áp lƣớ
t a đ quay dq t a hƣ i thì :
; 0
N Nd Nq Nq
e je e
e (2.45)
Phƣơng trình (2.44) đƣợ ế ại dƣớ ạ ầ ệ ọa độ
c vi t l i d ng các thành ph n trên h t dq
nhƣ (2.46).
1
;
1
0
Nd F Fd Fq
s F
F Fd Fq
F Fq Fd
s F
e R i i
C
i ji
R i i
C
i (2.46)

48. 47
T n dòng
ừ phƣơng trình (2.46), các thành phầ iFd và iFq có th tính chính xác
ể ở
ch ch
ế độ ậ Ở
xác l p. ế độ ậ ầ
xác l p, các thành ph n iFd và iFq và điện áp lƣới eN có thể
xem nhƣ không đổ ậy, đố ớ ạch vòng điề ỉnh dòng điệ ịch lƣu
i. Vì v i v i m u ch n ngh
phía lƣớ ữ vài trò nhƣ nhiễ ố định, do đó, chúng có thể ị ệ ờ
i chúng gi u c b tri t tiêu nh
khâu bù nhi u ho c nh thành ph n tích phân trong thu u ch nh.
ễ ặ ờ ầ ật toán điề ỉ
Áp d nh lu cho s i n t i gi
ụng các đị ật Kirchhoff ơ đồ mạch đ ệ ố ản ta có phƣơng
trình (2.47).
N
N D N D N
N T F
d
R L
dt
i
u i e
i i i
(2.47)
Chuyển sang hệ THĐAL và thế dòng điệ
tọa độ dq n iN từ phƣơng trình đầu
tiên củ ởi phƣơng trình thứ 2 thu đƣợc phƣơng trình (2.48).
a (2.47) b
T
N D T D N D T Nv
d
R L j L
dt
i
u i i e (2.48)
Với:
0
Nv N N D F D F Nvd Nvq
F
D
j L i R i e je
d
L
dt
e e
i (2.49)
Viết lại biể ứ ƣới dạng hệ ng trình ệ trục tọa độ
u th c trên d phƣơ vi phân trên h
dq THĐAL ta có :
1 1
( )
;
1 1
( )
Td
Td Tq Nd Nvd
D D
D
Tq
Td Tq Nq Nvq
D D
N
D
D
N
di
i i u e
dt L L
T
di
i i u e
d
R
T L
T
t
(2.50)
Mô hình trạng thái củ ịch lƣu phía lƣớ
a ngh i là:
d
dt
x
Ax Bu (2.51)
Trong đó:

49. 48
1 1
0
1
; ;
1
;
0
N
Nd Nd Nd
D D
Nq Nq Nq
N
D D
i u e
T L
i u e
T L
A B x u (2.52)
Mô hình (2.52) đƣợ ử ụng nhƣ xuất phát điểm để ế ế khâu điề ỉ
c s d thi t k u ch nh
dòng điện phía lƣớ ả ế ằ ỉ ự ếp đo dòng điệ
i. Gi thi t r ng ta ch tr c ti n iN u ra c
ở đầ ủa
ngh i nên ph i s d tính dòng
ịch lƣu phía lƣớ ả ử ụng phƣơng trình (2.52) để iF để sau đó
nh h th 2 c tính giá tr
ờ phƣơng trìn ứ ủ ể
a (2.49) đ ị thự ớ
c dòng đƣa lên lƣ i iT.
Nhận xét:
 Hai thành phần e
Nd và eNq ở đây đóng vai trò là nhiễu cố định có thể loại
bỏ đƣợc bằng khâu bù nhiễu.
 Biến đ ề ể đ ệ đầ ủ ộ ị ƣ
i u khi n là i n áp u ra c a b ngh ch l u.
 Các vector trạng thái là thành phần dòng i
Nd, iNq
a) -
 AC
Theo tài li u, t h
ệ ừ ệ phƣơng trình (2.50), ta thu đƣợc mô hình dòng gián đoạn
phía lƣới nhƣ sau:
( 1) ( ) ( ) ( )
T N T N N N Nv
k k k k
i i H u H e




 (2.53)
Với:
1 0
;
1 0
N
D D
N N
N
D D
T T
T
T L
T T
T
T L
H




 (2.54)
b) Ý 
Công su t trên h t quay t i gi
ấ ệ ọa độ ựa hƣớng điện áp lƣới trao đổ ữa kho điện
thông qua nghịch lƣu và lƣớ ợc tính nhƣ (2.55).
i đƣ

50. 49
3
2
3
2
Nd Nd Nq Nq
Nq Nd Nd Nq
P u i u i
Q u i u i
(2.55)
N u tr trùng v
ế ục d ới vector điện áp lƣới uN=uNd+juNq, uNq=0. Từ đó ta có đƣợc
phƣơng trình:
3
2
3
2
Nd Nd
Nd Nq
P u i
Q u i
(2.56)
Theo phƣơng trình trên, ta có thể điề ỉ
u ch nh P thông qua điề ỉ
u ch nh iNd, điều
chỉnh Q thông qua điề ỉ
u ch nh iNq. Điề ển Q chính là điề ỉ ệ ố ấ
u khi u ch nh h s công su t
cosphi.

51. 50
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO
3.1 Điều khiển dự báo cho các thiết bị điện tử công suất
Điề ể ự báo (MPC) đã đƣợ ể ừ ững năm 1970, nhƣng mãi
u khi n d c phát tri n t nh
đế ần đây nó mới đƣợ ứ ụ ều trong điề ển điệ ử ấ
n g c ng d ng nhi u khi n t công su t.
Nguyên nhân cơ ả ầ ẫ ủa phƣơng pháp điề ể
b n là do yêu c u trích m u nhanh c u khi n
này. Để ụ ộ ệ ố ự ầ ả ả ờ
áp d ng MPC trong m t h th ng th c, c n ph i xem xét gi m th i gian
tính toán th t ng n, vì chu kì trích m u r t nh . Chính vì v n
ậ ắ ẫ ấ ỏ ậy, ngƣời ta đã khuyế
ngh gi i quy t các bài toán t c gi i quy
ị ả ế ối ƣu “offline”. Bài toán tối ƣu hóa đƣợ ả ết
offline d ng, các ràng bu c; và nghi m t
ựa theo mô hình đối tƣợ ộ ệ ối ƣu đƣợc lƣu lại
dƣớ ạ ảng tra để ứ ực thi “online”. Tuy
i d ng b nhanh chóng tra c u trong quá trình th
nhiên, v i các b bi i công su c tính t n, vi c th c hi
ớ ộ ến đổ ất có đặ ự nhiên gián đoạ ệ ự ện
tối ƣu hóa “online” là hoàn toàn khả thi.
V i các b chuy i công su ng có s ng tr
ớ ộ ển đổ ất ngày nay thƣờ ố lƣợ ạng thái đóng
ng t van h u h n, cùng v i s i c a các vi x lý có kh
ắ ữ ạ ớ ự ra đờ ủ ử ả năng tính toán rất
nhanh, vi c tìm ra nghi m t t c các tr
ệ ệ ối ƣu bằng ƣớc lƣợng “online” tấ ả ạng thái đóng
ng u tiên c
ắt là hoàn toàn có thể. Các bƣớc cơ bản đầ ần làm nhƣ sau:
- Mô hình hóa b chuy i công su t c các tr ng thái
ộ ển đổ ất và định nghĩa tấ ả ạ
đóng ngắ ể ố ệ ủ ới điệ áp/ dòng điệ ầ
t có th , tìm m i quan h c a chúng v n n đ u vào/
đầu ra.
- c tiêu theo mong mu n .
Định nghĩa hàm mụ ố
- n cho phép d báo giá tr a bi
Tìm mô hình gián đoạ ự ị tƣơng lai củ ến đƣợc điều
khi n.
ể
Khi mô hình hóa b i, y u t n là các tr t. Coi
ộ biến đổ ế ố cơ bả ạng thái đóng ngắ
các van đóng ngắ ƣở ỉ ạ ớ ộ ạ
t là lý t ng, ch có 2 tr ng thái on-off. Tuy nhiên v i m t m ch
công su t có N van, s t h p tr t không ph i là
ấ ố ổ ợ ạng thái đóng ngắ ả 
 , mà ph i phù
ả

52. 51
h p các nguyên lý m ch: tránh ng n m t khía c nh n a c n quan tâm là
ợ ạ ắ ạch,…Mộ ạ ữ ầ
m i quan h gi a các tr t v n. Th c t
ố ệ ữ ạng thái đóng ngắ ới các véc tơ điện áp/dòng điệ ự ế
cho th y trong nhi ng h p, hai ho c nhi u tr t cho ra cùng
ấ ều trƣờ ợ ặ ề ạng thái đóng ngắ
m n.
ộ ện áp/ dòng điệ
t véc tơ đi
M ng d ng khác nhau yêu c u khi n khác nhau cho h
ỗi ứ ụ ầu điề ể ệ thống nhƣ điều
khi u khi n công su u khi ng
ển dòng điện, điề ể ất, điề ển momen… Hàm mục tiêu thƣờ
đƣợ ử ụ ất là hàm liên quan đế ệ ữ ị đặ ị ự
c s d ng nh n sai l ch gi a giá tr t và giá tr d báo.
Tuy nhiên ,m t l i th c u khi n d báo là nó có kh u khi n các ki u
ộ ợ ế ủa điề ể ự ả năng điề ể ể
bi n khác nhau và bao g m c nh ng ràng c trong m t hàm m
ế ồ ả ữ buộ ộ ục tiêu. Để đối
phó v i s khác nhau v c a các bi u khi n, m i bi
ớ ự ề biên độ và đơn vị ủ ến đƣợc điề ể ỗ ến
s trong hàm m c tiêu s c g n tr ng s d dàng ch nh t m quan tr ng
ố ụ ẽ đƣợ ắ ọ ố để ễ ỉnh đị ầ ọ
c a m n.
ủ ỗi biế
Khi xây d ng mô hình d báo, bi u khi n ph c xây d ng trên
ự ự ến đƣợc điề ể ải đƣợ ự
mô hình gián đoạ ời gian để ể ử ụ ệ ự ế
n theo th có th s d ng cho vi c d báo các bi n này.
Thêm vào đó là phải định nghĩa biến nào đƣợc đo và biến nào không đƣợc đo, vì
m t s bi n c d báo thì l vi ng
ộ ố ế ần đƣợc đo để ự ại không đƣợc đo, và khi đó ệc ƣớc lƣợ
là c t.
ầ ế
n thi
Để thu đƣợc mô hình gián đoạ ầ ả ụ ộ ố phƣơng pháp gián
n, c n ph i áp d ng m t s
đoạ ột phƣơng pháp phổ ế ấ ử ụ ấ ỉ đạ
n hóa . M bi n nh t hay s d ng cho x p x o hàm là
phƣơng pháp Euler.
s
( 1) ( )
T
dx x k x k
dt
 
 (3.1)
Với 
 i gian trích m u.
là thờ ẫ
Việ ấ ỉ đạ ứ ậ ụ ứ ậ
c x p x o hàm theo công th c Euler b c cao (ví d công th c Euler b c
2 : (
(k 2) 4. ( 1) 3. ( )
2.T
    

s
dx x x k x k
dt
) s làm cho thu t toán d báo ph c t p ( ph
ẽ ậ ự ứ ạ ải

53. 52
d báo nhi c), d n kh ng tính toán r t l n và khó th c hi n d báo
ự ều bƣớ ẫn đế ối lƣợ ấ ớ ự ệ ự
online trong 1 chu kì trích m u.
ẫ
Để ực thi sách lƣợc điề ể ự ộ điề ể ả ữ ệ
th u khi n d báo, b u khi n ph i làm nh ng nhi m
vụ sau:
 D báo giá tr u ra c a bi u khi n v i t t c các tr
ự ị đầ ủ ến đƣợc điề ể ớ ấ ả ạng thái đóng
ng .
ắt van có thể
 Ƣớ ợ ụ ỗ ự
c lƣ ng hàm m c tiêu cho m i d báo.
 Chọ ạ g thái đóng ngắ ị ụ ỏ ấ
n tr n t cho giá tr hàm m c tiêu nh nh t.
Hình 3. 1 
Tín hi u khi n t cho chu kì trích m u sau. Kh
ệu điề ể ối ƣu phải đƣợc lƣu giữ ẫ ối
lƣợ ủa phƣơng pháp phụ ộ ự ế ố ạng thái đóng ngắ
ng tính toán c thu c tr c ti p vào s tr t
c bi n ch c
ủa bộ ến đổi. Do đó, đây là hạ ế ủa phƣơng pháp này.

54. 53
3.2 Áp dụng điều khiển dự báo cho đối tƣợng bộ biến đổi DC-AC
3.2.1 Sơ đồ đóng ngắt van.
Hình 3. 2 
V u ch vector không gian, tr t c a các
ới phƣơng pháp điề ế ạng thái đóng ngắ ủ
nhóm van đƣợc đạ ệ ở ệu đóng ngắ
i di n b i các tín hi t Sa , Sb, Sc m
nhƣ đã mô tả ở ục
2.3.1.
3 nhánh van t o ra 8 t h p van có th c hi ng ng v i 8 vector
ạ ổ ợ ể thự ện đƣợc tƣơ ứ ớ
điệ ừ
n áp t V0 t i V
ớ 7. Giá tr c n áp trên h t ng v
ị ủa từng vector điệ ệ ọa độ αβ tƣơng ứ ới
các tổ ợp van đƣợc cho nhƣ bảng dƣớ ứ
h i (theo công th c (2.12) ) :

55. 54
Sa Sb Sc Voltage vector V
-1 -1 -1 0 0

V
1 -1 -1 1
2
3
DC
V

V
1 1 -1 2
1 3
3 3
DC DC
V j V
 
V
-1 1 -1 3
1 3
3 3
DC DC
V j V
  
V
-1 1 1 4
2
3 DC
V
 
V
-1 -1 1 5
1 3
3 3
DC DC
V j V
  
V
1 -1 1 6
1 3
3 3
DC DC
V j V
 
V
1 1 1 7 0

V
1 
Im
Re
1 (1, -1, -1)
V
2(1, 1, -1)
V
3
(-1, 1, -1)
V
4(-1, 1, 1)
V
5(-1, -1, 1)
V 6(1, -1, 1)
V
7(1, 1, 1)
V
0(-1, -1, -1)
V
Hình 3. 3 

56. 55
3.2.2 C -A
ấu trúc điều khiển bộ biến đổi DC C.
C u khi n b ngh g u khi n :
ấu trúc điề ể ộ ịch lƣu ba pha sẽ ồ ề
m có 2 vòng đi ể
- u khi u khi n công su t, có nhi m v ng
Vòng điề ển phía ngoài là vòng điề ể ấ ệ ụ cân bằ
công a ph
t P gi
suấ ữ ụ ả
t i và nguồn phát.
- u khi u khi n dòng.
Vòng điề ển phía trong là vòng điề ể
Hình 3. 4 -AC

Giá tr t công su t tác d t tác d n c
ị đặ ấ ụng ∆P* chính là công suấ ụng mà kho điệ ần
bù (ho p) n. Giá tr công su c tính toán
ặc nạ cho lƣới điệ ị ất ∆P* đƣợ ở chƣơng V.
Công suất trao đổ ữa kho điện và lƣớ ện đƣợ
i gi i đi c tính theo công th c:
ứ
3
( )
2
3
( )
2
Nd Nd Nq Nq
Nq Nd Nd Nq
P
Q
u i u i
u i u i
 
 
(3.2)
Điện áp lƣớ ệ ọ độ ựa hƣớng điện áp lƣớ
i trên h t a t i là . ; 0
  
N Nd Nq Nq
u u j u u . Từ
đó ta có đƣợc phƣơng trình :
3
2
3
2
Nd Nd
Nd Nq
P
Q
u i
u i

 
(3.3)
Do vậ ị đặ
y giá tr t INd* cho vòng điề ển dòng đƣợ ứ
u khi c tính theo công th c :

57. 56
* 2 *
3
Nd
Nd
P
i
u

 (3.4)
3.2.3 Thiết kế điều khiển dự báo vòng điều khiển dòng
D a trên mô hình ghép v n c -AC, ta có th vi
ự ớ ớ ệ
i lƣ i đi ủa bộ DC ể ết lại nhƣ sau:
( 1) ( ) ( ) ( )
T N T N N N Nv
k k k k
i i H u H e





(3.5)
Với
1 0
;
1 0
N
D D
N N
N
D D
T T
T
T L
T T
T
T L
H





Trong đó thành phần ( )
Nv k
e có th tính t dòng ph n h i i(k-1) theo công th
ể ừ ả ồ ức
sau:
s s
L L
(R ) L
T T
Nv(k -1) (k -1) (k) (k -1) j k -1)

    
e u i i i(
Và cho r ng trong m t chu k
ằ ộ ỳ trích m u thì
ẫ Nv Nv
(k -1)= (k)
e e do đó thành phần
( )
N Nv
k
H e dùng khâu bù xuôi. C u khi n s
có thể ấu trúc điề ể ẽ có dạng nhƣ sau:
MPC
Controller
1
z I
 1
z I

N
H
N
H
N

(tính toán)
( )
N
u k
( 1)
Nv
k 
e ( )
Nv
k
e
( 1)
T
k 
i
( )
T
Đối tượng
Hình 3. 5 

58. 57
V i ph n còn l i ta s áp d u khi n d báo theo ki u GPC
ớ ầ ạ ẽ ụng phƣơng pháp điề ể ự ể
(Generalized Predictive Control)
Đặt (k) (k) , (k) ( )
N
T
x u k
  u
i
Ta có mô hình d báo có d
ự ạng nhƣ sau:
  
  
(k 1) (k) (k)
y(k 1) C (k 1)
N N
x x u
x
H





V i C là ma tr 2x2.
ớ ận đơn vị
Viết lại cho Ny u ra:
bƣớc dự báo đầ
  
   
 
 
   
  
 
   
  
 
   
  
   
  
  
   

  
   
 
2
1 2
0 0
(k 1) ( )
(k 2) ( 1)
(k)
(k N ) ( 1)
ˆ
y y y u
y
N N
N N N
N N N
N
N N N N
N
y u
N N N
N
x u k
x u k
x
x u k N
u
x H
P
x
x
H
H H
H H H



















 



 









  
   
 

   
 
    
 
 
   
 
   
 
    
 
   
 
2
1 2
0 0
(k 1)
(k 2)
(k)
(k N )
ˆ
y y y u
y
N N
N N N
N N N
N
N N N N
N
y N N N
N
C C
y
C C
C
y
x u
y C C C
C
y H
P
H
H H
H H H



















 



 









Với Nu m d báo và N
là tầ ự y u khi n.
là tầ ề
m đi ể
Viết g i:
ọ ạ
n l
 
 
ˆ ( )
ˆ ( )
x x
x P x k H u
y Px k Hu
Hàm m c tiêu có d ng:
ụ ạ


 
      
 
1
2 2
2 2
1 0
ˆ
( ) ( ) ( )
y y
N N
j j
J r k j y k j u k j
v t c
ới r(k) là tín hiệu đặ ủa dòng (k)
T
i

59. 58
Hàm m c tiêu ch
ụ ứa u chứ ả
không ph i u , do v y mô hình d báo c
ậ ự ần thay đổi
b ng cách m r ng thêm m n tr ng thái ph
ằ ở ộ ột biế ạ ụ nhƣ sau:
       

  
       

       

 

 
 
 
 
ˆ ( 1) ( )
( )
( ) 0 ( 1)
ˆ ( 1) ( )
ˆ ( 1)
ˆ 0
( )
N N
z
z
x k x k B
u k
u k I u k I
B
z k A z k
x k
y(k + 1) = C
u k
C
z
H





Các phƣơng trình đƣợ ở ộ
c m r ng thành:
2
1 2
ˆ 0 0
(k 1) ( )
ˆ(k 2) ( 1)
z(k)
ˆ(k N ) ( 1)
ˆ
y y
y
z z
z z z
z
N N
N
y u
z z z z
z
A B
z u k
A B B
A
z u k
z u k N
A B A B
A
u
z H
P
z
z
 
   
 
  

   
   
  
   
   
 
   
   
   
   
   
   
 
   
   
 

2
1 2
ˆ 0 0
(k 1)
ˆ(k 2)
z(k)
ˆ (k N )
ˆ
y y
y
z z
z z z
z z
z
N N
N
y z z
z
z
y
CA CB
y
CA B CB
CA
y
u
y CA B CA B
CA
y H
P
 
   
 

   
 
    
 
  
   
 
   
 
    
 
   
 
Viết g i:
ọ ạ
n l
ˆ z( )
ˆ z( )
z z
y y
z P k H u
y P k H u
  
  
Hàm mục tiêu đƣợc viết lại thành:
2 2
2
2
(k)
y y
J r H u P z u

     
Nhƣ vậy để ục tiêu đạ ự ể
hàm m t c c ti u thì u
 ph a mãn:
ải thỏ
0 (r H u P z(k)) 0
T
y y y
dJ
H u
d u

       


60. 59
Từ đó ta xác định đƣợc:
1
(H H I) (r P z(k))
T T
y y y y
u H
 
   
Ký hiệu Pr là ma tr n con ch u tiên c
ậ ứ ầ
a p hàng đ ủa 1
(H H I)
T T
y y y
H
 

Luậ ề ể ờ ểm t đƣợ
t đi u khi n cho th i đi c viết thành:
( ) ( ( )) (k)
r y r z
k P P k P K
    
u r z r z
Với z r y
K P P

Điể ầ ủa phƣơng pháp điề ể ự
m c n chú ý c u khi n d báo này là v i các ma tr
ớ ận
,
N N
H
 và các t m d u khi n
ầ ự báo và điề ể ,
u y
N N cùng v i tham s
ớ ố  c thì ta
cho trƣớ
có th c các ma tr n
ể tính toán trƣớ ậ ,
r z
P K mà không c n tính toán l i trong m i vòng
ầ ạ ỗ
l p.
ặ
Nhƣ vậy ta có sơ đồ ậ
thu t toán nhƣ sau:

61. 60
Bắt đầu
Đo i u
(k), (k)
Lập z(k)
( 1) ( ) (k) ( )
Nv
k k k
    
u u u e
( ) ( ( )) (k)
r y r z
k P P k P K
    
u r z r z
s s
L L
(R ) L
T T

    
Nv(k -1) (k -1) (k) (k -1) j k -1)
e u i i i(
Lưu giá trị
i u
(k), (k)
Đợi chu kỳ
tiếp theo
Hình 3. 6 
Các bƣớ ự ệ ụ ể nhƣ sau:
c th c hi n c th
Bƣớ ớ ậ
c 1: Tính trƣ c các ma tr n ,
r z
P K
Bƣớ ị
c 2: Đo các giá tr ( ), ( )
k k
i u , l p
ậ ( )
k
z
Bƣớ ị
c 3: Tính toán giá tr ( )
Nv k
e
Bƣớ ị
c 4: Tính toán giá tr (k)
u
Bƣớc 5: Tính toán (k + 1)
u
Bƣớc 6: Lƣu các giá trị ( ), ( )
k k
i u dùng trong các chu k p theo.
để ỳ tiế

62. 61
3.3 Vòng khóa pha
Pha, biên độ ầ ố ố ọ ủa điệ ạt độ ủ
, t n s là các thông s quan tr ng c n áp cho ho ng c a các
b bi i công su t n u khi n m ch DC-A trên, t t c mô
ộ ến đổ ấ ối lƣới. Nhƣ trong bộ điề ể ạ C ở ấ ả
hình, hàm m u d a trên h t quay n thi
ục tiêu, các tính toán đề ự ệ ọ ộ
a đ dqo; do đó cầ ết phải
xác đị ụ ụ ển đổ ứ ụng nhƣ vậ ệ
nh góc pha ph c v chuy
cho i Park. Trong các ng d y, vi c phát
hi và t n s c u c n thi
ện chính xác và nhanh chóng góc pha, biên độ ầ ố ủa điện áp là điề ầ ết
để đả ả ệu đặ ợ ớ ầ ộ ến đổ ối lƣớ
m b o bám sát tín hi t và phù h p v i các yêu c u cho b bi i n i.
Việc điề ển dòng năng lƣợ ữ ộ ộ ến đổi điệ ử ấ ối lƣớ
u khi ng gi a m t b bi n t công su t n i và
lƣới điệ ề ả ầ ớ ột đại lƣợng đó là góc pha điệ ặc dòng điệ
n xoay chi u ph i c n t i m n áp (ho n
) hay còn g ng b ng này c n ph c và giám sát liên
ọi là góc đồ ộ hoá. Đại lƣợ ầ ải đƣợc đo đạ
t i c n ph d ng m t thu ng b hóa mà có th ng b
ục. Do đó, nó đòi hỏ ầ ải sử ụ ộ ật toán đồ ộ ể đồ ộ
hóa dòng điệ ủ ịch lƣu vớ ện áp lƣớ
n c a ngh i đi i.
Có hai phƣơng pháp đồ ộ hóa cơ bả
ng b n:
- B l c phát hi
ộ ọ ện điểm “0” (ZCD)
- Vòng khóa pha (PLL)
Thuật toán PLL đƣợ ụ ổ ế ấ ệ ố ế ố ới lƣới điệ
c áp d ng ph bi n nh t cho h th ng k t n i v n
ba pha là m t thu c th n trên h t ng b ( ). C u trúc c a thu
ộ ật toán đƣợ ực hiệ ệ ọa độ đồ ộ dq ấ ủ ật
toán PLL trên hệ ọ ộ đƣợ
t a đ dq c biể ễn nhƣ trong Hình 3.8.
u di
Hình 3. 7 

63. 62
Điện áp lƣớ ệu đầ ủ ật toán và chúng đƣợ ể ệ ọa độ
i là tín hi u vào c a thu c chuy n sang h t
đồ ộ ển đổ
ng b thông qua modul chuy
dq i 
abc dq . Các khóa pha đƣợ ự ệ
c th c hi n
b u khi n áp trên tr n không. B u khi n PI có th
ằng cách điề ển điệ ục d tiến đế ộ điề ể ể đƣợc
s d u khi n bi u ra c a b u khi n này là t n s i. T n s
ử ụng để điề ể ến này và đầ ủ ộ điề ể ầ ố lƣớ ầ ố
lƣớ ẽ ể ầ ố ủa điện áp lƣới, đƣợc đƣa trở ạ
i qua khâu tích phân s chuy n thành t n s góc c l i
modul chuy i sang h t ng b .
ển đổ ệ ọ ộ
a đ đồ ộ dq
C u trúc c a PLL bao g
ấ ủ ồm:
- Phase Detector : Khâu này làm nhi m v phát hi n sai l ch t n s , góc pha
ệ ụ ệ ệ ầ ố
và đầ ộ ị ủ ệu vào. Đầ ỉ ằ
u ra cho m t giá tr trung bình c a các tín hi u ra ch b ng 0
khi sai l ch b u vào trùng pha, cùng t n s v i tín hi u
ệ ằng 0 nghĩa là tín hiệ ầ ố ớ ệ
ra.
- p tín hi u khi i VCO.
Loop Filter : cấ ệu điện áp điề ển đã đƣợc lọc tớ
- ng th ki m. Khâu này có
Voltage Controlled Oscillator : Mạch dao độ ế ể
nhi m v t o ra m t t n s
ệ ụ ạ ộ ầ ố 1
̂ t t n s trung tâm mà trong các ng d ng
ừ ầ ố ứ ụ
liên quan đến lƣới điệ ầ ố ớ
n thì chính là t n s lƣ i 1
n . T n s mà b VCO phát
ầ ố ộ
ra đƣợ ứ
c tính theo công th c :
1 1
ˆ .
n VCO c
K v
 
 
Trong đó Kvco ng s m ng th ki
là hằ ố ạch dao độ ế ểm.