Cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần NPC 3 bậc dùng điện áp thứ tự không

Nội dung text: Cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần NPC 3 bậc dùng điện áp thứ tự không

1. Cân bằng điện thế điểm trung tính trong biến tần NPC 3 bậc dùng điện áp thứ tự không A Neutral Point Potential Balancing Algorith for Three Level NPC Inverters Using Zero-Sequence Voltage Lê Văn Mạnh Giàu1, Nguyễn Văn Nhờ2 1Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, 2Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Tóm tắt: Sự thực thi của kỹ thuật điều chế độ rộng xung dựa trên sóng mang (CB-PWM) có thể được cải tiến tốt hơn bằng cách thêm vào tín hiệu tham chiếu điều chế một điện áp thứ tự không. Bài báo này trình bày một kỹ thuật CB- PWM mới cho một bộ biến đổi kẹp điểm trung tính (NPC) 3 bậc, dựa trên việc thêm vào điện áp thứ tự không. Bởi điện áp thứ tự không thêm vào, tín hiệu tham chiếu điều chế sin được điều chỉnh để thực hiện nhiệm vụ cân bằng điện áp của các tụ DC-link, không có nỗ lực điều khiển ngoại vi. Kỹ thuật này là một cách tiếp cận khác với kỹ thuật điều chế vector không gian (SVM) ba vector gần nhất (NTV) đạt được bằng cách phân tích kỹ thuật NTV- SVM và thiết lập một sự tương quan với kỹ thuật CB-PWM. Sự thực thi của kỹ thuật CB-PWM này cho một NPC ba bậc dựa trên mô phỏng miền thời gian nghiên cứu trong môi trường MATLAB/SIMULINK. Abstract: Performance of a Carrier-Based Pulse Width Modulation (CB-PWM) strategy can be improved by inclusion of a zero sequence voltage in the modulation reference signal. This paper proposed a new CB-PWM strategy for a three level neutral point clamped (NPC) converter, which is based on a zero-sequence voltage injection. By inclusion of the zero sequence voltage, the sinusoidal modulation reference is modified to carry out the voltage balancing task of the DC-Link capacitors, with no additional control effort. The proposed strategy is an alternative approach to the Nearest Three Vector (NTV) Space Vector Modulation (SVM) strategy and is obtained by the analysis of the NTV- SVM strategy and establishing a co-relation with and the CB-PWM strategy. Performance of the proposed CB- PWM strategy for a three level NPC based on time-domain simulation studies in the MATLAB/SIMULINK environment. I. Giới thiệu SPWM, sự bao gồm của một điện áp thứ tự không mở rộng vùng điều chế tuyến tính của bộ biến đổi. Các bộ biến đổi đa bậc thu hút sự quan tâm đáng Các kỹ thuật CB-PWM hiện nay không cung cấp việc kể cho các ứng dụng điện áp/công suất trung bình và cân bằng điện áp tự nhiên; Bởi vậy, nổ lực điều khiển cao. Cấu trúc đa bậc phổ biến nhất là kẹp điểm trung ngoại vi được đòi hỏi để đạt cân bằng điện áp. Nổ lực tính (NPC), bộ tụ lái và nguồn dc riêng biêt. Trong điều khiển ngoại vi chấp nhận tần số chuyển mạch đó, bộ biến đổi NPC 3 bậc đã được chấp nhận rộng cao tương đối trong thiết bị đóng ngắt và làm méo rãi cho các ứng dụng khác nhau. phổ điện áp AC-side. Trong tài liệu kỹ thuật, một kỹ Vài kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) đã thuật CB-PWM với một điện áp thứ tự không thích được đưa ra và nghiên cứu rộng rãi cho bộ biến đổi hợp mà (i) thực hiện nhiệm vụ cân bằng điện áp độc NPC 3 bậc để đạt được các mục tiêu chính sau đây: lập, không đòi hỏi nổ lực điều khiển ngoại vi, (ii) giảm tần số chuyển mạch, và (iii) giảm nhẹ dao động Để thực hiện nhiệm vụ cân bằng điện áp của các điện áp tần số thấp của điểm trung tính, đã không tụ dc-link là sự thách thức kỹ thuật chính của bộ được đề xuất cũng không được nghiên cứu. biến đổi NPC. Bài báo này đưa ra một kỹ thuật CB-PWM cho Để khử các dao động tần số thấp của điện áp một bộ biến đổi NPC 3 bậc với một điện áp thứ tự điểm trung tính (NP) xuất hiện dưới các điều không thêm vào. Kỹ thuật này khảo sát và khai thác kiện hoạt động. tính đối ngẫu giữa kỹ thuật NTV-SVM và kỹ thuật Các kỹ thuật PWM được đề xuất cho một bộ biến CB-PWM với một điện áp thứ tự không thêm vào để đổi NPC 3 bậc được phân loại chủ yếu vào các kỹ (i) cân bằng điện áp, (ii) giảm tần số chuyển mạch và thuật CB-PWM và các kỹ thuật SVM. Các kỹ thuật do đó giảm tổn hao do chuyển mạch, và (iii) giảm CB-PWM phần lớn dựa trên PWM sin thuần túy dao động điện áp của điểm trung tính. Một cơ sở lý (SPWM) hay một kỹ thuật SPWM kết hợp với một thuyết cho kỹ thuật CB-PWM này được phát triển điện áp thứ tự không thêm vào. So sánh với kỹ thuật 1
2. dựa trên phân tích kỹ thuật NTV-SVM. Đặc điểm nổi gian. Trong Hình 1.2, các trạng thái chuyển mạch bậc của kỹ thuật này là: được minh họa bởi -1, 0 và 1 tương ứng với các mức điện áp –Vdc/2, 0, Vdc/2 so với điểm trung tính. Tại Nó hoạt động tại một tần số chuyển mạch thấp đỉnh vector điện áp lấy mẫu tức thời bất kỳ V được hơn tần số chuyển mạch của các kỹ thuật CB- ref đặt trong một tam giác tạo bởi ba vector gần nhất liền PWM hiện nay. Vì vậy, làm giảm tổn hao công kề với vector điện áp, trong Hình 1.2. Ba vector suất. chuyển mạch liền kề tạo thành sự lựa chọn tốt nhất để Nó cung cấp khả năng vốn có để đạt được cân tổng hợp vector điện áp tham chiếu. bằng điện áp mà không cần bất kỳ đòi hỏi nổ lực Việc xác định các vector chuyển mạch liền kề và điều khiển ngoại vi. việc tính toán của các chu kỳ hoạt động tương ứng Nó giảm dao động tần số thấp của điện áp điểm của chúng được giải thích trong [11], [12] và không trung tính. được lập lại ở đây. Tiếp theo điều đó, bước tiếp theo là để nhận biết các trạng thái chuyển mạch thích hợp Sự thực thi của kỹ thuật CB-PWM được đưa ra và tạo chuỗi chuyển mạch để điều khiển điện áp của cho một bộ biến đổi NPC 3 bậc trên mô phỏng trong các tụ. miền thời gian nghiên cứu trong môi trường MATLAB/SIMULINK. Nhiệm vụ cân bằng điện áp của tụ dc-link được 1 thực hiện bởi việc lựa chọn thích hợp các vector ngắn: 0-1-1/100, 00-1/110, -10-1/010, -100/011, -1- Sa4 Sb4 Sc4 + 10/001 và 0-10/101. Các vector ngắn cung cấp các VC2 - trạng thái chuyển mạch trùng lập và tạo các điện áp Sa3 Sb3 Sc3 a ia ac-side line-to-line giống nhau. Tuy nhiên, chúng tạo i0 i Vdc 0 b b Load (NP) c các dòng trung tính ngược chiều nhau. Ví dụ, Vector ic Sa2 Sb2 Sc2 + 0-1-1 cấp dòng ia tới NP (i0=ia), trong khi vector 100 VC1 - cấp dòng giống như vậy nhưng ngược chiều (i0=-ia). Sa1 Sb1 Sc1 Việc cộng thêm một mức vào tất cả ba số nguyên định nghĩa các vector ngắn “mức thấp”: 0-1-1, 00-1, - -1 10-1, -100, -1-10, và 0-10, tạo thành các vector ngắn Hình 1.1: Sơ đồ của một bộ biến đổi NPC. “mức cao”: 100, 110, 010, 011, 001, và 101 tương ứng. vb0 Sector 2 -11-1 01-1 11-1 Chú ý rằng việc áp dụng các vector “mức thấp” dẫn đến kết quả là có một hoặc hai pha được nối tới đường dc-link thấp hơn, trong khi các vector “mức Sector 3 110 Sector 1 010 Region 3 -110 -10-1 00-1 10-1 cao” kết nối một hoặc hai pha tới đường dc-link cao Region 2 hơn. Trong mọi trường hợp, các điện áp đường dây- 111 đường dây không phụ thuộc vector đặc trưng mà 011 000 Region 4 100 Region 1 -111 -100 -1-1-1 0-1-1 1-1-1 được áp dụng từ một tập các vector trùng lập. va0 Để phân tích chi tiết kỹ thuật NTV-SVM và để khảo sát sự tương quan giữa kỹ thuật NTV-SVM và -101 001 101 1-10 CB-PWM với một điện áp thứ tự không thêm vào, -1-10 0-10 Sector 4 Sector 6 chỉ Sector 1 được xem xét và sau đó dựa trên những điều chỉnh nhỏ, sự phân tích được tổng quát hóa cho -1-11 0-11 1-11 tất cả các sector. vc0 Sector 5 Bảng I trình bày tất cả các chuỗi chuyển mạch có Hình 1.2: Biểu đồ vector không gian của một bộ biến thể xảy ra trong Sector 1 nếu dùng kỹ thuật NTV. đổi NPC Qua mỗi chu kỳ lấy mẫu, các NTV được lựa chọn và các vector/vector ngắn thích hợp được chọn dựa trên II. Kỹ thuật CB-PWM được đưa ra dựa tiêu chuẩn cân bằng điện áp. Sau đó, chuỗi chuyển trên tính đối ngẫu của kỹ thuật CB-PWM và mạch tối ưu được xác định với mục đích tối thiểu hóa NTV-SVM. tần số chuyển mạch. Cho mục đích tương tụ, chuỗi Bộ biến đổi NPC 3 bậc (trong Hình 1.1) có 27 chuyển mạch được lật sau để không có các biến cố trạng thái chuyển mạch. Trong hình 1.2, một hình lục chuyển mạch trong quá trình chuyển đổi chuỗi. Trong giác 2 lớp đồng tâm chỉ các vector điện áp không bảng I, cái được gọi “các chuỗi tăng” là các chuỗi mà 2
3. chỉ số của các vector tăng suốt chuỗi, và chuỗi tiếp 2.1 chỉ một tín hiệu chuỗi điện áp zero, voff, được theo “các chuỗi giảm” chỉ số giảm. Dựa trên các thêm vào các tín hiệu tham chiếu điều chế sin và kết chuỗi chuyển mạch khác nhau trong bảng I, trong hầu quả là các tín hiệu điều chế được kẹp tại 1 trong vài hết các trường hợp, một pha không thay đổi trạng thái đoạn. Do đó, mỗi pha trong đoạn tương ứng không chuyển mạch của nó. Đây là một đặc điểm quan trọng chuyển mạch. Vì chỉ có một tín hiệu thứ tự không nhất của kỹ thuật NTV mà giảm tần số chuyển mạch được thêm vào các sóng sin, các điện áp line-to-line của các thiết bị đóng ngắt so với các kỹ thuật SVM được duy trì sin. Tuy nhiên, dòng điểm trung tính bị khác. ảnh hưởng bởi việc thêm vào của tín hiệu thứ tự không. Do đó, một tín hiệu thêm vào thích hợp có thể Trong kỹ thuật CB-PWM của một bộ biến đổi giúp để thực hiện nhiệm vụ cân bằng điện áp. NPC 3 bậc, hai sóng mang được đặt đối xứng so với trục zero. Các tín hiệu chuyển mạch được tạo ra bằng Mối quan hệ giữa dòng trung tính trung bình cục cách so sánh sóng điều chế dạng sin với các sóng bộ và các tín hiệu điều chế như sau: mang như trình bày trong hình 2.1. Trong kỹ thuật ,,, SVM khi một pha không chuyển mạch, nó tương i0 1 | va | i a 1 | v b | i b 1 | v c | i c đương với việc duy trì tín hiệu tham chiếu điều chế , tương ứng kẹp tới 1, 0, hay -1 (1, 0,-1) suốt toàn chu trong đó các tín hiệu điều chế vx với x = {a, b, c} là kỳ PWM. Ví dụ, để kẹp pha a tới 1 (đường dc-link v, v v cao hơn), tín hiệu điều chế tương ứng nên được duy x x off trì bằng 1, để kẹp điện áp ac-side tới một mức điện áp v, là tín hiệu tham chiếu điều chế sin. đặc biệt, một tín hiệu thứ tự không có thể được thêm x vào các tín hiệu tham chiếu điều chế sin. Ví dụ, Hình Bảng I Các chuỗi vector trong Sector 1 Short Sequences of Vectors Switching Region No Switching Phases Vectors (Increasing and Decreasing Sequences) Steps 0-1-1 0-1-1/1-1-1/10-1//10-1/1-1-1/0-1-1 2//2 c clamped to -1 1 100 1-1-1/10-1/100//100/10-1/1-1-1 2//2 a clamped to 1 0-1-1/00-1 0-1-1/00-1/10-1//10-1/00-1/0-1-1 2//2 c clamped to -1 0-1-1/110 0-1-1/10-1/110//110/10-1/0-1-1 4//4 None 2 100/00-1 00-1/10-1/100//100/10-1/00-1 2//2 b clamped to 0 100/110 10-1/100/110//110/100/10-1 2//2 a clamped to 1 00-1 00-1/10-1/11-1//11-1/10-1/00-1 2//2 c clamped to -1 3 110 10-1/11-1/110//110/11-1/10-1 2//2 a clamped to 1 0-1-1/00-1 0-1-1/00-1/000//000/00-1/0-1-1 2//2 a clamped to 0 0-1-1/110 0-1-1/000/110//110/000/0-1-1 4//4 None 4 100/00-1 00-1/000/100//100/000/00-1 2//2 b clamped to 0 100/110 000/100/110//110/100/000 2//2 c clamped to 0 va vb vc Pha a tại 1 Pha b tại 1 Pha c tại 1 Pha a tại 1 Voff (Zero Sequence) Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4 Sector 5 Sector 6 Sector 1 Sector 2 Sector 3 Sector 4 Sector 5 Sector 6 0 T/2 T 0 T/2 T (a) (b) Hình 2.1: Tín hiệu điều chế (a) tín hiệu tham chiếu sin (b) Tín hiệu sau khi thêm vào thứ tự không dương 3
4. Trong kỹ thuật NTV-SVM, các vector ngắn được vector ngắn 100 và 110 được chọn. Dòng pha a chọn dựa trên kiến thức về dòng pha và ảnh hưởng không có bất cứ ảnh hưởng lên dòng điểm trung tính, của các vector ngắn lên điểm trung tính. Ví dụ, nếu từ đó nó được định nghĩa bởi trong suốt một chu kỳ lấy mẫu, đỉnh của vector tham ,, chiếu được đặt trong Region 1 và tụ dc-link bên dưới i0 1 | vb | i b 1 | v c | i c của bộ biến đổi NPC trong Hình 1 có một mức điện Hình 2.3 minh họa một ví dụ mà trong đó v (v ) áp cao hơn tụ dc-link ở bên trên, vc1>vc2, dòng điểm mid b được kẹp tới 0. Trong trường hợp này, các vector trung tính phải dương (i0>0) để giảm điện áp điểm ngắn được chọn là 100 và 00-1; Do đó, chuỗi của trung tính. Do đó, Vector 0-1-1 nên được chọn nếu ia dương. Nếu không, Vector 100 được chọn. Nếu vector là 00-1/10-1/100. Trong trường hợp này, dòng Vector 0-1-1 được chọn, chuỗi vector trong Region 1 trung tính được định nghĩa bởi: sẽ là 0-1-1/1-1-1/10-1 và kết quả là pha c được kẹp i 1 | v,, | i i 1 | v | i tới -1. Ngược lại, nếu Vector 100 được chọn, chuỗi 0 a a b c c của vector sẽ là 1-1-1/10-1/100 và sau đó pha a được Trong Hình 2.4, tín hiệu điều chế v (v ) được kẹp tới 1. min c kẹp tới -1. Kết quả là, các vector ngắn 0-1-1 và 00-1 Nếu đỉnh của vector tham chiếu được đặt trong được chọn và chuỗi chuyển mạch là 0-1-1/00-1/10-1. Region 2, hai vector ngắn nên được chọn, một vector Trong trường hợp này, dòng pha c không ảnh hưởng từ cặp vector 0-1-1 và 100, và một vector còn lại từ dòng điểm trung tính, vì vậy dòng được định nghĩa cặp vector 00-1 và 110. bởi: Hình 2.2 minh họa một ví dụ mà trong đó vmax(va) i 1 | v,, | i 1 | v | i được kẹp tới +1. Trong trường hợp này, chuỗi vector 0 a a b b được tạo ra sẽ là 10-1/100/110, có nghĩa là, các 10-1 100 110 110 100 10-1 v, v v 1 aa max 11-1 , vb v b vmi d 0 , 110 v v v 10-1 cc min 00-1 VREF 111 -1 000 1-1-1 0 0.5 1 -1-1-1 100 0-1-1 Time/Ts (a) (b) Hình 2.2: Sự tương quan giữa kỹ thuật CB-PWM và NTV-SVM khi pha a được kẹp tới +1: (a) chuỗi chuyển mạch CB-PWM (b) kỹ thuật NTV-SVM. 4
5. 00-1 10-1 100 100 10-1 00-1 1 11-1 , vaa v vmax , vb v b vmi d 110 0 10-1 00-1 , vcc v vmin VREF 111 -1 000 1-1-1 -1-1-1 0 0.5 1 100 0-1-1 Time/Ts (a) (b) Hình 2.3: Sự tương quan giữa kỹ thuật CB-PWM và NTV-SVM khi pha b được kẹp tới 0: (a) chuỗi chuyển mạch CB-PWM (b) kỹ thuật NTV-SVM. 0-1-1 00-1 10-1 10-1 00-1 0-1-1 11-1 1 , vaa v vmax 110 10-1 0 00-1 , vb v b vmi d VREF , 111 vcc v vmin -1 000 1-1-1 -1-1-1 0 0.5 1 100 0-1-1 Time/Ts (a) (b) Hình 2.4: Sự tương quan giữa kỹ thuật CB-PWM và NTV-SVM khi pha c được kẹp tới -1: (a) chuỗi chuyển mạch CB-PWM (b) kỹ thuật NTV-SVM. Sự kết hợp còn lại để xem xét cho Region 2 là Dựa trên phân tích của tất cả các khả năng cho các trường hợp khi các vector ngắn 0-1-1 và 110 được chỉ số điều chế lớn, trong đó đỉnh của vector tham chọn. Trong trường hợp này, chuỗi tối ưu của các chiếu được đặt trong Region 1, 2 hoặc 3, và nghiên vector là 0-1-1/10-1/110. Khi quan sát chuỗi chuyển cứu sự tương quan giữa các tín hiệu điều chế tương mạch, không có pha nào của bộ chuyển đổi được kẹp. ứng với kỹ thuật NTV-SVM và CB-PWM, các kết Hơn nữa, hai pha bộ chuyển đổi chuyển mạch cừng 1 luận sau có thể được thục hiện: mức tại cùng thời điểm. Điều này có nghĩa rằng các Chỉ một tín hiệu điều chế lớn nhất (v ) có thể tín hiệu điều chế nên tăng vọt trong một chu kỳ max được kẹp tới +1. Tương tự, một tín hiệu điều chế PWM. Vì vậy sự thi hành của trường hợp này từ một nhỏ nhất (v ) có thể được kẹp tới -1. Tín hiệu quan điểm dựa sóng mang thì khó khăn và không min điều chế trung vị (v ) có thể được kẹp tới 0. thực tế, một tiêu chuẩn khác sẽ được áp dụng cho mid trường hợp đặc biệt này để đạt được cân bằng điện Nếu dấu của một dòng ac-side không thích hợp áp. để đạt cân bằng điện áp, tín hiệu điều chế của 5
6. pha đó nên được kẹp tới +1 hoặc -1 nếu nó lần +1 hoặc vmin tới -1 tương ứng với vmid>0 hay lượt tương ứng với vmax hoặc vmin. vmid 0 ∆vNP*ic>0 Action Offset 0 0 b clamped to 0 -vb 0 1 a clamped to +1 [-1] +1-va [-1-va] 1 0 c clamped to -1 [+1] -1-vc [+1-vc] For vb>0: a clamped to +1 [c clamped to +1] For v >0: +1-v [+1-v ] 1 1 b a c For vb≤0: c clamped to -1 For vb≤0: -1-vc [-1-va] [a clamped to -1] Sector 2 and [Sector 5] ∆vNP*ib>0 ∆vNP*ic>0 Action Offset 0 0 a clamped to 0 -va 0 1 b clamped to +1 [-1] +1-vb [-1-vb] 1 0 c clamped to -1 [+1] -1-vc [+1-vc] For va>0: b clamped to +1 [c clamped to +1] For v >0: +1-v [+1-v ] 1 1 a b c For va≤0: c clamped to -1 For va≤0: -1-vc [-1-vb] [b clamped to -1] Sector 3 and [Sector 6] ∆vNP*ib>0 ∆vNP*ia>0 Action Offset 0 0 c clamped to 0 -vc 0 1 b clamped to +1 [-1] +1-vb [-1-vb] 1 0 a clamped to -1 [+1] -1-va [+1-va] For vc>0: b clamped to +1 [a clamped to +1] For v >0: +1-v [+1-v ] 1 1 c b a For vc≤0: a clamped to -1 For vc≤0: -1-va [-1-vb] [b clamped to -1] 6
7. Begin va,, v b v c Y Y N Y vvbc ? vvab ? vvac ? N N N N vv ? vvac ? bc Y Y Sector = 1 Sector = 6 Sector = 5 Sector = 4 Sector = 3 Sector = 2 End Hình 2.5: Lưu đồ thuật toán tìm Sector. Begin vNP*,* i a v NP i c Sector 1[ Sector 4] Y N viNP* a 0? viNP* c 0? N Y Y Y viNP* c 0? vb 0? N N vv vvoffset 1 a offset b vvoffset 1 c vvoffset 1 a vvoffset 1 c []vv [vv 1 ] [vvoffset 1 a ] offset b offset a [vvoffset 1 c ] [vvoffset 1 c ] End Hình 2.6: Lưu đồ thuật toán xác định voffset khi Sector = 1 [Sector = 4]. 7
8. Bảng III chế thì quá nhỏ đến nổi bất kỳ trong số chúng có thể Xác định Sector được kẹp tới điểm trung tính mà không ảnh hưởng vmax vmin Sector chế độ hoạt động tuyến tính bởi hai tính hiệu điều chế va vc 1 khác. Hơn nữa, dưới các chỉ số điều chế thấp, việc vb vc 2 kẹp tín hiệu điều chế tới 0 đòi hỏi ít biên độ thứ tự vb va 3 không và ít biến cố giao sóng mang so sánh để kẹp vc va 4 chúng tới +1 và -1. vc vb 5 Quyết định tín hiệu điều chế nên được kẹp tới 0 va vb 6 được thực hiện bởi việc đánh giá tích ∆vNPix cho ba dòng ngõ ra (x={a, b, c}). Giá trị tính toán cực đại Xác định các gía trị cực đại và cực tiểu của các tín xác định tín hiệu điều chế phải được kẹp tới điểm hiệu điều chế, sector tương ứng mà đỉnh của vector trung tính cho cân bằng điện áp tối ưu. Ví dụ, nếu tại tham chiếu đặt trong đó được xác định đơn giản như một mẫu tức thời đặc biệt tích ∆vNPia lớn hơn ∆vNPib trong Hình 3. Ví dụ, nếu vector tham chiếu đặt trong và ∆vNPic, sau đó tín hiệu điều chế va nên được kẹp tới 0 bởi vì pha a mang dòng cân bằng tốt nhất cho điểm Sector 1, tín hiệu điều chế va là cực đại và vc là cực trung tính. tiểu. Trong Sector 2, vb là cực đại và vc là cực tiểu. Các trường hợp khác cho tất cả các sector được trình Chú ý rằng chuỗi 4 bước trong Region 4 (xem bày trong Bảng III và phương pháp xác định Sector Bảng I) được tránh với kỹ thuật này. được minh họa trong lưu đồ Hình 2.5. Phương pháp để thực hiện CB-PWM được đề xuất Một tiêu chuẩn kẹp khác được áp dụng khi vector với tín hiệu điều chế thứ tự không được tóm tắt trong tham chiếu được đặt trong Region 4 (chỉ số điều chế Hình 2.7. Phương pháp được nêu trong phần này xác thấp). Trong trường hợp này, chỉ điểm trung tính định tín hiệu thứ tự không cần thiết mà cần phải được được xem xét để kẹp (xem Bảng I). Từ một quan thêm vào sóng tham chiếu hình sin của kỹ thuật CB- điểm dựa sóng mang, biên độ của các tín hiệu điều PWM để tương đương của kỹ thuật NTV-SVM. vaa vbb vcc [V] va vb vc [V] 1 1 vaa va , vbb vb v vcc 0.5 vc v a a 0.5 + , 0 v + v b 0 b (Ts) + -0.5 , vc + v c -0.5 -1 + 0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04 Time [s] -1 + 0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04 Time [s] vica. Zero-Sequence vicb. (Ts) Generator vicc. Hình 2.7: Sự biến đổi của các tín hiệu điều chế khi thêm vào tín hiệu thứ tự không để đạt cân bằng điện áp. III. Kết quả mô phỏng 0.4 và (b) m = 1. Trong Hình 3.3 ta thấy dòng tải thì sin và không bị biến dạng bởi tín hiệu điện áp thứ tự Kết quả mô phỏng được thực hiện bằng phần không thêm vào. mềm Matlab/Simulink. Thông số mô phỏng cơ bản: Hiệu quả cân bằng điện áp của kỹ thuật CB-PWM Nguồn DC = 120 [V] Vc1 = 73 [V]; Vc2 = 47 [V] đề xuất được thể hiện trong Hình 3.6. Hình 3.6 chỉ Tụ điện C1 = C2 = 500 [uF] dạng sóng điện áp trên tụ của bộ chuyển đổi tại (a) m = 0.4 và (b) m = 1. Các điện áp tụ ban đầu của bộ Tải R-L nối Y R = 10 [Ω]; L = 12 [mH] biến đổi là Vc1 = 73 V và Vc2 = 47 V. Tuy nhiên, sau Tần số f0 = 50 [Hz] một khoảng thời gian ngắn khoảng (0.01s), các điện áp tụ hội tụ và đạt giá trị danh nghĩa của chúng. Điều Tần số đóng ngắt Fs = 5 [kHz] này cho thấy khả năng để đạt cân bằng điện áp của kỹ thuật điều chế đề xuất là khá nhanh, không đòi hỏi thêm vào các nổ lực điều khiển ngoại vi. Hình 3.3 và 3.5 minh họa các dòng điện tải và điện áp dây –dây của bộ biến đổi trong trường hợp chỉ số điều chế thấp và chỉ số điều chế cao: (a) m = 8
9. ua0 [V] ua0 [V] 140 140 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 0 -20 -20 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Time [s] Time [s] (a) (b) Hình 3.1: Áp nghịch lưu pha a: (a) m = 0.4 (b) m = 1. uta [V] uta [V] 50 80 40 60 30 40 20 20 10 0 0 -10 -20 -20 -40 -30 -60 -40 -80 -50 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Time [s] Time [s] (a) (b) Hình 3.2: Áp tải pha a: (a) m = 0.4 (b) m = 1. ita,itb,itc [A] ita,itb,itc [A] 3 6 2 4 1 2 0 0 -1 -2 -2 -4 -3 -6 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Time [s] Time [s] (a) (b) Hình 3.3: Dòng điện tải 3 pha: (a) m = 0.4 (b) m = 1. (a) (b) Hình 3.4: Phân tích FFT dòng điện tải: (a) m = 0.4 (b) m = 1. uab [V] uab [V] 80 150 60 100 40 20 50 0 0 -20 -50 -40 -100 -60 -150 -80 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Time [s] Time [s] (a) (b) Hình 3.5: Điện áp dây-dây uab: (a) m = 0.4 (b) m = 1. uc2,uc1 [V] uc2,uc1 [V] 75 75 uc2 uc2 70 uc1 70 uc1 65 65 60 60 55 55 50 50 45 45 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 Time [s] Time [s] (a) (b) Hình 3.6: Điện áp trên tụ C1 và C2: (a) m = 0.4 (b) m = 1. 9
10. dUc [V] dUc [V] 1 0.2 0.8 0.6 0.1 0.4 0.2 0 0 -0.1 -0.2 -0.4 -0.2 -0.6 -0.8 0.08 0.082 0.084 0.086 0.088 0.09 0.092 0.094 0.096 0.098 0.1 -1 0.08 0.082 0.084 0.086 0.088 0.09 0.092 0.094 0.096 0.098 0.1 Time [s] Time [s] (a) (b) Hình 3.7: Độ lệch áp giữa 2 tụ (uc1-uc2): (a) m = 0.4 (b) m = 1. IV. Kết luận [6] Nikola Celanovic and Dushan Boroyevich, “A Comprehensive Study of Neutral-Point Voltage Bài báo này trình bày một kỹ thuật CB-PWM Balancing Problem in Three-Level Neutral-Point- cùng với việc thêm vào một điện áp thứ tự không cho Clamped Voltage Source PWM Inverters”, IEEE một bộ biến đổi NPC 3 bậc. Điện áp thứ tự không Transactions on Power Electronics, vol. 15 no.2, pp. thêm vào đạt được dựa trên nghiên cứu một tính đối 242-249, March 2000. ngẫu giữa kỹ thuật CB-SPWM và NTV-SVM. Kỹ [7] Lazhar Ben-Brahim, “A Discontinuous PWM thuật CB-PWM được trình bày là một hình thức khác Method for Balancing the Neutral Point Voltage in của kỹ thuật NTV-SVM. Tuy nhiên, đặc điểm đáng Three-Level Inverter-Fed Variable Frequency chú ý của kỹ thuật CB-PWM này so với các kỹ thuật Drives”, IEEE Transactions on Energy Conversion, CB-PWM hiện tại là nó đảm bảo đạt được cân bằng vol.23, no. 4, pp. 1057-1063, December 2008. điện áp mà không đòi hỏi nổ lực điều khiển ngoại vi. [8] WANG Chenchen and LI Yongdong, “Analysis and Calculation of Zero-Sequence Voltage V. Tài liệu tham khảo Considering Neutral-Point Potential Balancing in [1] Giáo trình Điện Tử Công Suất 1 Nguyễn n Three-Level NPC Converters” Nh N ại học Quốc gia Tp.HCM, 2002. [9] Nikola Celanovic and Dushan Boroyevich, [2] Sergio Busquets-Mongel, Salvador Alepuz, “A Fast Space-Vector Modulation Algorithm for Josep Bordonau and Juan Peracaula, “ oltage Multilevel Three-Phase Converters”, IEEE Balancing Control of Diode-Clamped Multilevel Transactions on Industry Applications, vol. 37, no. 2, Converters with Passive Front-Ends” IEEE 2007. pp. 637-641, March/April 2001. [3] Annette von Jouanne, Shaoan Dai and [10] Sergio Busquest-Monge, Josep Bordonau Haoran Zhang, “A Multilevel Inverter Approach and Joan Rocabert, “A irtual-Vector Pulsewidth Providing DC-Link Balancing, Ride-Through Modulation for the Four-Level Diode-Clamped DC– Enhancement, and Common-Mode Voltage AC Converter” IEEE Transactions on Power Elimination”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 23, no.4, pp. 1964-1972, July 2008. Electronics, vol. 49, no.4, pp. 739-745, August 2002. [11] N. Celanovic and D. Boroyevich, “A [4] Josep Pou, Jordi Zaragoza, Salvador comprehensive study of neutral point voltage Ceballos, Maryam Saeedifard and Dushan balancing problem in three level neutral point Boroyevich,“A Carrier-Based PWM Strategy with clamped voltage source PWM inverters” IEEE Zero-Sequence Voltage Injection for a Three-Level Trans. Power Electro., vol. 15, no.2, pp. 242-249, Neutral-Point-Clamped Converter” IEEE 2012. March 2000. [5] Josep Pou, Rafael Pindado and Dushan [12] J. Pou, R. Pindado, D. Boroyevich, and P. Boroyevich, “ oltage-Balance Limits in Four-Level Rodriguez, “Evolution of the low-frequency neutral Diode-Clamped Converters With Passive Front point voltage oscillations in the three level inverter” Ends” IEEE Transactions on Industrial Electronics, IEEE Trans. Indus. Electron., vol. 56, no. 6, pp. vol. 52, no. 1, pp. 190-196, February 2005. 1582-1588, Dec. 2005. 10
11. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.