Thiết kế bộ điều khiển cho mạch nghịch lưu 3 pha sử dụng phương pháp SVM ở chế độ độc lập

1. Thiết kế bộ điều khiển cho mạch
nghịch lưu 3 pha sử dụng
phương pháp điều chế SVM
ở chế độ độc lập
• Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Trọng Minh
• Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hoàng : 20161680
Nguyễn Hữu Hoàng Hải : 20161299
Ngô Quang Hà : 20161225

2. Nội dung
12/14/2022 2
1
2 Mô phỏng
Thiết kế bộ điều khiển

3. 12/14/2022 3
Sơ đồ cấu trúc T-type inverter
Hình 1.1. Cấu trúc T-type inverter
Hình 1.2. Trạng thái van bán dẫn và 3 mức điện áp ra
Phương pháp điều chế SVM

4. 12/14/2022
1
4
Phân Chia Và Chọn Lựa Sector Cho Bộ Nghịch Lưu 3 pha 3 mức
Hình 1.2. Các Vector điện áp nghịch lưu 3 mức
Phương pháp điều chế SVM

5. 12/14/2022
4
5
Cấu trúc thiết kế đối với chế độ nối lưới
Ứng với các giá trị thu được ta xác định được vị trí vector điện áp đặt trong tam giác lớn
Sec III Sec VI Sec V Sec II Sec IV Sec I
1 1
. 0
x y
z z  1 1
. 0
x y
z z 
2 2
. 0
x y
z z  2 2
. 0
x y
z z 
1 0
x
z  1 0
x
z 
3 0
x
z  3 0
x
z  2 0
x
z  2 0
x
z 
• Xác định hai hệ số m1, m2 là tỷ lệ hình chiếu của vector điện áp đầu ra mong muốn
lên 2 vector cơ bản của góc phần sáu
Ứng với các trường hợp ta biết được vị trí Vector điện áp đặt trong tam giác nhỏ.

6. 12/14/2022
1
6
Trường hợp Tam giác
1
4
2
3
1
2
1 2
1
1
1
m
m
m m





  

1
1 2
1
1 2
m
m m



  

1
2
1 2
1
1
1 2
m
m
m m





   

1
2
1 2
0
1
1 2
m
m
m m





   

1
m2
m  
1 2
1 m m
 
1 1
m 
2
m  
1 2
2 m m
 
2
1 m

 
1 2 1
m m
 
1
1 m
 2
1 m
 1
m  1
1 m


7. 12/14/2022
1
7
Thuật toán điều chế SVM

8. 12/14/2022 8
Hình 1.3 Sơ đồ điều khiển tuyến tính phương pháp điều chế SVM cho bộ
nghịch lưu 3 pha kiểu T chế độ độc lập
2 Cấu trúc điều khiển điều chế SVM chế độ độc lập
SVM

9. 12/14/2022 9
2
Hình 2.1 Sơ đồ thay thế mạch vòng dòng điện nghịch lưu 3 mức T-type trong chế độ độc lập
3.1 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện
Trong đó 𝐺𝐶(𝑠 là bộ điều khiển dòng điện, 𝐺𝑆𝑉𝑀(𝑠 là mô hình phương pháp điều chế
SVM, 𝑢𝑠 là suất điện động xoay chiều trong bộ biến đổi, 𝑢𝐶 là điện áp trên tụ lọc.

10. 12/14/2022 10
2
sa
sa L sa La
sb
sb L sb Lb
sc
sc L sc Lc
di
u r i L u
dt
di
u r i L u
dt
di
u r i L u
dt

  



  



  


Phương trình cân bằng điện áp mạch điện tương đương:
Qua phép biến đổi CLAKE và PARK ta được cấu trúc điều khiển trên tọa độ quay dq:
sd d Ld sq
sq q Lq sd
u u u L i
u u u L i


   



   


sd
sd L sd s sq Ld
sq
sq L sq s sd Lq
di
u r i L Li u
dt
di
u r i L Li u
dt



   



    



11. 12/14/2022 11
2
Hình 2.2 Cấu trúc điều khiển dòng điện trong hệ tọa độ
dq

12. 12/14/2022 12
2
Hình 2.3 Mô tả toán học mạch vòng điều chỉnh dòng điện trên miền toán tử
Laplace
Hàm truyền đạt thể hiện mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện đầu ra mạch nghịch lưu:
( ) 1 1
( )
( ) ( ) (1 )
1
s
vi
s L L
L
L
i s
G s
u s u s r Ts
L
r s
r
  
 
 

 
 
(9)

13. 12/14/2022 13
2
Mô hình toán học khâu điều chế độ rộng xung:
2
*
( ) 1
( )
(s) 1
2
s
T
s
s
SVM
s
s
u s
G s e
T s
u

  

Sử dụng bộ điều khiển PI:
Hàm truyền hệ kín:
1
( ) 1
c pc
ic
H s K
T s
 
 
 
 
2
1
( )
1
ic
oc
ic c
ic
pc
T s
H s
T T
s T s
K


 
Các tham số bộ điều chỉnh cần đảm bảo băng thông mong muốn 1/Toc và độ tắt dần c .
Và được viết dưới dạng hàm bậc hai dạng chuẩn như sau:
2 2
2 1
( )
2 1
c oc
oc
oc c oc
T s
H s
T s T s




 

14. 12/14/2022 14
2
Từ đó các hệ số của bộ điều chỉnh xác định như sau:
2 /
2
pc c oc
ic c oc
K L T
T T










15. 12/14/2022 15
2
mạch vòng điều chỉnh điện áp
Hình 2.4 Mô tả toán học mạch vòng điều chỉnh điện áp trên miền toán
tử Laplace

16. 12/14/2022
2
16
2
2 2 2
2
W ( )
2
n n
nd
n n
s
s
s s
 
 


 
2
2
P n f
i n f
K C
K C









Hàm truyền vòng kín của mạch vòng điều chỉnh điện áp:
Giả thiết dẫn dắt theo hàm truyền khâu dao động bậc 2:
Tham số bộ điều chỉnh được xác định như sau:
Trong đó: tần số dao động riêng.
𝜔𝑛
* 2 2
( / ) ( / )
( )
( )
( ) s ( / ) ( / )
P f i f
t P i
PR
t P i P f i f
K C s K C
v s K s K
T s
v s Cs K s K K C s K C


  
   

17. 12/14/2022 17
3
• Thông số mô phỏng cho phương pháp điều chế SVM
Tụ điện một chiều :
Tụ điện một chiều :
Điện cảm cuộn lọc : Li = 1 𝑚𝐻
Tụ điện lọc : 𝐶f = 20 𝜇𝐹
Tần số phát xung : 𝑓𝑝𝑤𝑚 = 5 kHz
Điện áp một chiều : 𝑈𝑑𝑐 = 600 V
𝐶2 = 940 𝜇𝐹
𝐶1 = 940 𝜇𝐹
Tham số bộ điều khiển dòng điện (Toc=Ts=0.0002): 2 / 2*0.7*0.01/ 0.0002 7
2 2*0.7*0.0002 0.028
pc c oc
ic c oc
K L T
T T


  



  


Tham số bộ điều khiển điện áp :
2 2
2 2*0.7*1000*0.00002 0.028
1000 *0.00002 20
P n f
i n f
K C
K C


  



  


( 𝜔𝑛=
1
5∗𝑇𝑠
=1000 )
MÔ PHỎNG

18. 12/14/2022
3
18
• Kịch bản 1: So sánh chất lượng điện áp, tổng độ méo hài THD của hai phương pháp
Chất lượng điện áp
Chỉ số THD = 1.24%
Điện áp trên 2 tụ DC
Dạng điện áp sau lọc

19. 12/14/2022
3
19
• Kịch bản mô phỏng 2: Điện áp tham chiếu thay đổi từ sang tại 0.04s
Điện áp sau lọc
Điện áp dây đầu ra mạch nghịch lưu
220 2
Điện áp trên hai tụ DC
110 2

20. 12/14/2022
3
20
• Kịch bản mô phỏng 2: Điện áp tham chiếu thay đổi từ sang tại 0.04s
Đáp ứng giá trị thực và đặt cho từng thành phần
dòng điện với bộ điều khiển tuyến tính.
220 2 110 2
Đáp ứng giá trị thực và đặt cho từng thành phần
điện áp với bộ điều khiển tuyến tính.

21. 12/14/2022
3
21
• Kịch bản mô phỏng 2: Điện áp tham chiếu thay đổi từ sang tại 0.04s
220 2 110 2
Tổng méo hài THD của điện áp pha A

22. 12/14/2022
3
22
Tải phi tuyến
• Kịch bản mô phỏng 3: Tải phi tuyến ( chỉnh lưu diode 3 pha)
Mạch chỉnh lưu diode 3 pha
𝑅 = 60 𝛺, 𝐿 = 10 𝑚𝐻

23. 12/14/2022
3
23
Điện áp sau lọc LC với bộ điều khiển
tuyến tính cho phương pháp điều chế
SVM
Điện áp Pha A và THD của phương
pháp điều chế SVM

24. 12/14/2022
3
24
Đáp ứng giá trị thực và đặt cho từng thành phần
dòng điện.
Đáp ứng giá trị thực và đặt cho từng thành phần
điện áp.

25. Trân trọng cảm ơn!