Luận văn Ghép tầng nghịch lưu tăng áp hòa lưới điện 1 pha (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Ghép tầng nghịch lưu tăng áp hòa lưới điện 1 pha (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC Sĩ TRẦN TẤN TÀI GHÉP TẦNG NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP HÒA LƯỚI ÐIỆN 1 PHA NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ – 60520203 S K C0 0 4 8 9 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TẤN TÀI GHÉP TẦNG NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP HÒA LƯỚI ĐIỆN 1 PHA NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MINH KHAI Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 / 2016
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ & tên: Trần Tấn Tài Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1990 Nơi sinh: Long An Quê quán: Long An Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 12/2, Đường 5, Phường Linh Chiểu, Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh Điện thoại cơ quan: 0723.854774 Điện thoại nhà riêng: 01239359105 Fax: 0723.854775 Email: Trantantaikdd@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1. Đại Học Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 09/2008 đến 09/2012 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Ngành học: Kỹ thuật Điện – Điện Tử Tên đồ án tốt nghiệp: ỨNG DỤNG GPS GIÁM SÁT ĐỐI TƯỢNG Bảo vệ đồ án tốt nghiệp: ngày 17 tháng 06 năm 2012 Người hướng dẫn: Nguyễn Đình Phú III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 02/2013 Công ty cổ phần Taekwang Vina Nhân viên kỹ thuật đến nay Trang i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 04 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Trần Tấn Tài Trang ii
5. LỜI CẢM TẠ Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS. NGUYỄN MINH KHAI, đã tận tình hướng dẫn tôi để thực hiện luận văn. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quí thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi trường học tập tốt cho tôi. Xin cảm ơn ban lãnh đạo Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ sử dụng phòng thí nghiệm Điện tử công suất nâng cao D405 trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Cảm ơn ba mẹ, anh chị em và bạn bè đã động viên tôi trong suốt thời gian học. Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn. Học viên Trần Tấn Tài Trang iii
6. TÓM TẮT LUẬN VĂN Cấu hình nghịch lưu tăng áp 1 pha (Single phase switched boost inverter) có thể được dùng để thay thế nghịch lưu nguồn−Z 1 pha (single phase Z−source inverter) trong các ứng dụng công suất thấp bởi vì nó sử dụng ít hơn một cặp LC so với nghịch lưu nguồn−Z. Đề tài này tập trung vào tìm hiểu và phân tích hoạt động của cấu hình nghịch lưu tăng áp 1 pha và đề xuất một bộ điều khiển PID cho điện áp thanh cái DC trong cấu hình nghịch lưu tăng áp một pha. Không giống như bộ điều khiển điện áp trên thanh cái DC trong nghịch lưu nguồn−Z, bộ điều khiển trong nghịch lưu tăng áp một pha này có thể điều khiển trực tiếp thông qua điều khiển điện áp trên tụ. Với bộ điều khiển này, điện áp trên tụ được giữ ổn định khi điện áp nguồn cung cấp thay đổi hoặc khi có sự thay đổi của tải. Dựa trên cấu hình nghịch lưu tăng áp này thực hiện ghép tầng nghịch lưu tăng áp để giảm các thành phần sóng hài bậc cao của điện áp ngõ ra. Một giải thuật điều khiển các module trong ghép tầng đa bậc nghịch lưu tăng áp và nối lưới được trình bày. Cấu hình ghép tầng nghịch lưu tăng áp được đề xuất đã giải được các vấn đề xảy ra trong nghịch lưu đa bậc truyền thống đó là vấn đề không cân bằng nguồn áp DC giữa các module, vấn đề ngắn mạch xảy ra trong mạch cầu H và vấn đề điện áp trên các module không thể vượt quá điện áp nguồn DC. Các kết quả lý thuyết sẽ được kiểm chứng trên phần mềm mô phỏng PSIM và thực nghiệm trên mô hình điều khiển bằng kit DSP TMS320F28335. Trang iv
7. ABSTRACT A Single phase switched boost inverter can replace a Single phase Z−source inverter in low−power applications because it has one less LC pair than the Single phase Z−source inverter. This thesis shows the operating principles and analysis of the Single phase switched boost inverter. Proposing a PID controller for DC−link voltage in the single-phase switched boost inverter. Unlike the DC−link voltage controller in the Z−source inverter, the presented controller in the switched boost inverter can be directly controlled via the capacitor voltage. By using this controller, a constant capacitor voltage can be achieved when the input voltage or the load are changed suddenly. Then a cascaded multilevel Single phase switched boost inverter is also proposed to reduce high harmonic components for high voltage applications connected to grid. A control strategy for modules in the cascaded multilevel Single phase switched boost inverter and grid connection is shown. The proposed multilevel single phase switched boost inverter overcomes the problems in the traditional multilevel inverter such as unbalance source DC voltage problem between modules, shoot−through problem in H−bridge and module voltage cannot be higher than source DC voltage. To verify the performance, PSIM simulation is used and a laboratory prototype is constructed based on a TMS320F28335 digital signal processor (DSP). Trang v
8. MỤC LỤC Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm tạ iii Tóm tắt iv Abstract v Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt ix Danh sách hình x Danh sách bảng xiv Chương 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.2 Mục đích của đề tài 4 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài : 5 1.4 Phương pháp nghiên cứu 5 1.5 Điểm mới của đề tài : 5 1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài : 6 Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7 2.1. Tổng quan về hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới 7 2.2 Lý thuyết nghịch lưu áp 7 2.2.1 Khái niệm 7 2.2.2 Bộ nghịch lưu áp 8 Trang vi
9. 2.2.3 Các cấu trúc bộ nghịch lưu đa bậc 9 2.3 Cấu hình cơ bản của nghịch lưu nguồn-Z và nghịch lưu tăng áp. 11 2.3.1 Nghịch lưu truyền thống kết hợp với bộ tăng áp dc-dc 11 2.3.2 Nghịch lưu nguồn-Z cơ bản 12 2.3.3 Nghịch lưu tăng áp cơ bản 14 Chương 3: GHÉP TẦNG NGHỊCH LƯU TĂNG ÁP 1 PHA 16 3.1 Cấu hình nghịch lưu tăng áp 1 pha 16 3.2 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM cho nghịch lưu tăng áp 1 pha 18 3.3 So sánh nghịch lưu tăng áp 1 pha với các bộ nghịch lưu áp truyền thống 20 3.4 Đề xuất thuật toán ổn định điện áp cho cấu hình nghịch lưu tăng áp 1 pha 21 3.4.1 Giới thiệu 21 3.4.2 Thuật toán điều khiển 23 3.5 Ghép tầng nghịch lưu tăng áp một pha 28 3.5.1 Giới thiệu 28 3.5.2 Cấu hình ghép tầng nghịch lưu tăng áp 29 3.5.3 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM cho cấu hình ghép tầng nghịch lưu tăng áp 30 3.6 Điều khiển hòa lưới điện một pha 33 3.6.1. Giới thiệu 33 3.6.2 Vòng khóa pha PLL 34 3.6.3 Cấu hình ghép tầng nghịch lưu tăng áp nối lưới 35 Chương 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 38 4.1 Mô hình thực nghiệm 38 4.2 Mô tả chi tiết 39 Trang vii
10. 4.2.1 Mạch nghịch lưu tăng áp 5 bậc 39 4.2.2 Mạch điều khiển 40 4.3 Kết quả mô phỏng và thì nghiệm 44 4.3.1 Kết quả điều khiển điện áp trên tụ 44 4.3.2 Kết quả ghép tầng nghịch lưu tăng áp 48 4.3.3 Kết quả điều khiển hòa lưới 52 Chương 5: KẾT LUẬN 57 5.1 Kết luận 57 5.2 Hướng phát triển. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 Trang viii
11. DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT Vdc: nguồn áp vào VPN: điện áp trên thanh cái DC VC: điện áp trên tụ iL: dòng điện qua cuộn cảm D: tỷ số ngắn mạch trong mỗi chu kỳ iPN: dòng điện ngắn mạch m: Chỉ số điều chế. S: Các khóa đóng ngắt. Vac: điện áp ra bộ nghịch lưu Vt: Điện áp trên tải. C: Tụ điện R: Điện trở tải. L: cuộn cảm. fs: Tần số sóng mang. f0: Tần số cơ bản sóng điều khiển. PID: proportional integral derivative PWM: pulse width modulation DSP: digital signal processing Trang ix
12. DANH SÁCH HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Sơ đồ khối của bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng máy biến áp tần số thấp (50Hz) 2 Hình 1.2: Sơ đồ khối của bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng bộ tăng áp một chiều . 2 Hình 2.1: Nguyên lý điều khiển hệ thống điện hòa lưới 7 Hình 2.2: Bộ nghịch lưu áp dạng diode kẹp NPC 9 Hình 2.3: Bộ nghịch lưu áp dạng kẹp tụ 10 Hình 2.4: Bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng Cascade 10 Hình 2.5: Cấu hình nghịch lưu truyền thống kết hợp với bộ tăng áp dc-dc 11 Hình 2.6: Cấu hình nghịch lưu một pha nguồn-Z cơ bản 12 Hình 2.7: Mạch tương đương của bộ nghịch lưu nguồn-Z. (a) Trạng thái không ngắn mạch, diode dẫn; (b) Trạng thái ngắn mạch, diode khóa 13 Hình 2.8: Cấu hình nghịch lưu tăng áp cơ bản 1 pha 15 Hình 3.1: Cấu hình nghịch lưu tăng áp 1 pha 16 Hình 3.2: Các trạng thái hoạt động của nghịch lưu tăng áp 1 pha: (a) ngắn mạch và (b) không ngắn mạch 17 Hình 3.3: Giản đồ xung điều chế sóng sin cho nghịch lưu tăng áp 1 pha 19 Hình 3.4: Mạch đơn giản hóa tương đương của cấu hình nghịch lưu tăng áp 1 pha 23 Hình 3.5: Sơ đồ khối hệ thống của bộ điều khiển đề xuất 26 Hình 3.6: Giản đồ Bode của độ khuếch đại vòng chưa Bù Tu(s) 27 Trang x
13. Hình 3.7: Mô hình điều khiển nghịch lưu tăng áp 1 pha với ổn định điện áp trên tụ bằng bộ điều khiển PID 27 Hình 3.8: Giản đồ Bode của độ khuếch đại vòng với bộ điều khiển PID 28 Hình 3.9: Cấu hình nghịch lưu cascaded 5 bậc truyền thống 29 Hình 3.10: Cấu hình ghép tầng nghịch lưu tăng áp 5 bậc đề xuất 30 Hình 3.11: Kỹ thuật PWM cho cấu hình ghép tầng nghịch lưu tăng áp 31 Hình 3.12: Xung kích cho các khóa bán dẫn của module cầu H thứ nhất. từ trên xuống dưới lần lượt là S4, S3, S2, S1 32 Hình 3.13: Xung kích cho các khóa bán dẫn của module cầu H thứ hai. từ trên xuống dưới lần lượt là S8, S7, S6, S5 32 o Hình 3.14: Xung kích cho khóa S0 và khóa S9 lệch pha 180 32 Hình 3.15: Cấu trúc cơ bản của vòng khóa pha PLL 35 Hình 3.16: Sơ đồ kết nối bộ ghép tầng nghịch lưu tăng áp với lưới điện 1 pha sử dụng vòng khóa pha 36 Hình 3.17: Mô hình thực nghiệm kết nối bộ ghép tầng nghịch lưu tăng áp với lưới điện 1 pha 37 Hình 4.1: Mô hình thực nghiệm cấu hình ghép tầng nghịch lưu tăng áp 38 Hình 4.2: Hình dạng và sơ đồ chân của mosfet IRFP460 39 Hình 4.3: Mạch nghịch lưu tăng áp 5 bậc 40 Hình 4.4: Kit vi xử lý DSP TMS320F28335 41 Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động mosfet Driver 41 Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý dùng IC TLP250 41 Hình 4.7: Sơ đồ tổng quan nguyên lý hoạt động mạch cảm biến áp 42 Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý mạch đo áp dùng cảm biến lem LV-25p 43 Hình 4.9: Mạch đo áp 43 Trang xi
14. Hình 4.10: Điện áp trên thanh cái DC VPN1 khi Vdc1 thay đổi 50V xuống 40V và ngược lại, Vdc2=50V. Từ trên xuống : Vdc1,VPN1 44 Hình 4.11: Điện áp trên thanh cái DC VPN2 khi Vdc2 thay đổi 50V xuống 40V, Vdc1=50V. Từ trên xuống: Vdc2, VPN2 45 Hình 4.12: Điện Điện áp trên tụ C1 khi Vdc1 thay đổi 50V xuống 40V. Từ trên xuống : Vdc1,VC1 45 Hình 4.13: Dạng sóng điện áp ngõ ra bộ nghịch lưu khi thay đổi tải từ 37,5Ω thành tải 67,5 Ω. Từ trên xuống: điện áp, dòng điện trên tải (kết quả đo thông qua cảm biến áp) 46 Hình 4.14: Điện Dạng sóng điện áp trên tụ C1 và C2 khi thay đổi tải từ 67,5 Ω thành tải 37,5 Ω. Từ trên xuống: VC1,VC2, dòng điện trên tải (kết quả đo thông qua cảm biến áp) 46 Hình 4.15: Điện áp trên tải khi Vdc2 thay đổi 40V lên 50V và Vdc1 không đổi. Từ trên xuống : Vdc2, áp trên tải 47 Hình 4.16: Điện áp trên tải khi Vdc2 thay đổi 50V xuống 45V và 40V.Vdc1 không đổi. Từ trên xuống : Vdc2, áp trên tải (kết quả đo thông qua cảm biến áp) 47 Hình 4.17: Dạng sóng mô phỏng điện áp ngõ ra bộ nghịch lưu.Từ trên xuống: áp sau khi qua bộ lọc Lf , áp nghịch lưu 5 bậc 48 Hình 4.18: Dạng sóng ngõ ra bộ nghịch lưu tăng áp 5 bậc.từ trên xuống:áp 5 bậc ,áp sau khi qua bộ lọc Lf 48 Hình 4.19: THD của điện áp ngõ ra bô nghịch lưu chưa lọc 49 Hình 4.20: THD của điện áp ngõ ra bộ nghịch lưu qua bộ lọc Lf 49 Hình 4.21: Dạng sóng mô phỏng điện áp trên tụ C1 và C2 khi 2 điện áp đầu vào cân bằng Vdc1=Vdc2=50V.Từ trên xuống: VC1,Vdc1, VC2,Vdc2 50 Hình 4.22: Dạng sóng điện áp trên tụ C1 và C2 khi 2 điện áp đầu vào mất cân bằng.Từ trên xuống: VC1,Vdc1, VC2,Vdc2 50 Trang xii
15. Hình 4.23: Dạng sóng ngõ ra bộ nghịch lưu tăng áp 5 bậc khi Điện áp Vdc1=Vdc2= 40V. Từ trên xuống : Vdc1,áp 5 bậc, áp ngõ ra đã lọc. 51 Hình 4.24: Dạng sóng điện áp trên 2 thanh cái DC VPN1 và VPN2. Từ trên xuống: VPN1,VPN2 51 Hình 4.25: Điện áp trên tụ C1 và tụ C2 khi mất cân bằng điện áp DC đầu vào. Từ trên xuống : VC1 ,VC2,Vdc1, Vdc2 52 Hình 4.26: Dạng sóng mô phỏng điện áp trên tải và lưới khi sử dụng vòng khóa pha PLL.Từ trên xuống: áp lưới, áp nghịch lưu 52 Hình 4.27: Điện áp trên tải và điện áp lưới chưa sử dụng vòng khóa pha PLL 53 Hình 4.28: Điện áp trên tải và điện áp lưới sử dụng vòng khóa pha PLL 53 Hình 4.29: THD của Điện áp tải khi tải 37,5Ω 54 Hình 4.30: THD của Điện áp tải khi tải 67,5Ω 54 Hình 4.31: Dạng sóng điện áp khi nối lưới. Từ trên xuống: áp trên tải, áp lưới 55 Hình 4.32: Dạng sóng điện áp khi nối lưới. Từ trên xuống : áp trên tải, áp lưới 55 Hình 4.33: Điện áp và dòng tải khi nối lưới. Từ trên xuống : áp trên tải, dòng tải (kết quả đo thông qua cảm biến áp) 55 Hình 4.34: THD của Điện áp tải khi nối lưới 56 Trang xiii
16. DANH SÁCH BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1: So sánh các cấu hình nghịch lưu tăng áp 20 Bảng 4.1: Các thông số của mạch 44 Trang xiv
17. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương 1 TỔNG QUAN Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế xã hội, nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng lớn. Hiện nay ở nước ta có 2 nguồn sản xuất điện năng chủ yếu đó là thủy điện và nhiệt điện. Nhiệt điện hiện nay chủ yếu là 3 nguồn: nhiệt điện than, nhiệt điện khí và nhiệt điện dầu. Việc nghiên cứu, ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo trong đó phát triển mạnh năng lượng mặt trời góp phần tạo thêm nguồn cung cấp điện năng là xu hướng tất yếu của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên ban tặng cho chúng ta. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng thủy triều, Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận. Tuy nhiên, để khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này một cách có hiệu quả, cần phải biết các đặc trưng, tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt trái đất và cần phải kết nối nguồn năng lượng này thông qua hệ thống lưới thông minh có sẵn bằng các bộ nghịch lưu có khả năng kết nối với điện xoay chiều. Khi có ánh sáng mặt trời sẽ tạo ra điện năng một chiều, điện năng một chiều này được chuyển đổi thành điện năng xoay chiều bởi bộ nghịch lưu. Bộ điều khiển có chức năng truyền năng lượng này đến lưới điện. Các bộ nghịch lưu nguồn áp [1], [2] được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển động cơ, bộ lưu điện, xe điện, hệ thống phân phối điện Tuy nhiên, có 1 vài hạn chế khi sử dụng bộ nghịch lưu truyền thống như:  Thứ nhất là điện áp xoay chiều ngõ ra luôn nhỏ hơn điện áp nguồn một chiều cung cấp.  Thứ hai là các khóa bán dẫn trên cùng một nhánh không thể đóng đồng thời được vì lúc đó xảy ra tình trạng ngắn mạch nguồn áp một chiều làm hư hỏng thiết bị. Trang 1
18. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP  Và cuối cùng là việc tạo ra khoảng thời gian chết trong quá trình chuyển mạch của các khóa bán dẫn này cũng làm tăng độ méo dạng áp. Đối với những nguồn năng lượng mới, năng lượng tái tạo như pin mặt trời (PV), pin nhiên liệu (fuel cell) , điện áp ngõ ra của các dạng năng lượng này là điện một chiều có giá trị điện áp thấp, không ổn định phụ thuộc theo thời gian, môi trường làm việc. Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo này để chuyển đổi thành điện xoay chiều 220V/380V, đòi hỏi điện áp một chiều trước khi đưa vào bộ nghịch lưu phải có giá trị lớn hơn 310 Vdc (giá trị điện áp đỉnh của 220 Vac). Điện áp một chiều có giá trị lớn có thể thực hiện bằng cách mắc nối tiếp các tấm pin điện áp thấp với nhau, đồng nghĩa với số lượng pin phải nhiều, lắp đặt trên diện tích rộng lớn. Điều này chỉ thích hợp với hệ thống công suất lớn. Với những hệ thống công suất nhỏ, để tạo ra điện xoay chiều 220V/380 từ nguồn điện áp thấp, người ta thường dùng:  Một là dùng máy biến áp tần số thấp (50Hz) để tăng điện áp xoay chiều ngõ ra như Hình 1.1  Hai là dùng bộ tăng áp điện một chiều (dc-dc boost converter) phía trước mạch nghịch lưu như Hình 1.2 Hình 1.1: Sơ đồ khối của bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng máy biến áp tần số thấp (50Hz) Hình 1.2: Sơ đồ khối của bộ nghịch lưu truyền thống sử dụng bộ tăng áp một chiều Trang 2
19. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Kết quả là sẽ có hai giai đoạn chuyển đổi.Điều này sẽ làm tăng kích thướt, giảm hiệu suất của toàn hệ thống, tăng giá thành bộ nghịch lưu. Cấu hình nghịch lưu nguồn Z đã được đề xuất trong [3] đã giải quyết được những hạn chế của bộ nghịch lưu truyền thống. Trong cấu hình nghịch lưu nguồn-Z, điện áp ngõ ra được điều khiển để lớn hơn điện áp một chiều cung cấp chỉ qua một lần chuyển đổi thông qua tỷ số ngắn mạch. Việc cho phép hoạt động ngắn mạch (các khóa bán dẫn trên cùng một nhánh đóng đồng thời) đồng nghĩa với việc không cần phải tạo ra khoản thời gian chết trong quá trình chuyển mạch, làm cho cải thiện được chất lượng điện áp ngõ ra. Trong một vài thập niên gần đây, nghịch lưu nguồn−Z đã được phát triển và nhận được nhiều sự quan tâm nghiên cứu. Các nghiên cứu về nghịch lưu nguồn−Z bao gồm: mô hình hóa và điều khiển [4], [5], kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) [6], ứng dụng trong năng lượng tái tạo [7] và phát triển các cấu hình nguồn-Z dưới nhiều dạng khác nhau [8], [9], [10]. Tuy nhiên, việc sử dụng hai cuộn cảm và hai tụ điện trong nghịch lưu nguồn-Z làm tăng kích thước và giá thành của bộ nghịch lưu. Đối với những ứng dụng công suất thấp nơi mà kích thước, trọng lượng và giá thành là tiêu chí ưu tiên thì cấu hình nghịch lưu nguồn-Z không phải là lựa chọn phù hợp. Cấu hình Nghịch lưu tăng áp cơ bản được đề xuất trong [12] và [13] dựa trên cấu hình Watkins-Johnson ngược có thể là lựa chọn để thay thế nghịch lưu nguồn−Z trong một vài ứng dụng có công suất thấp. Mặt dù cấu hình nghịch lưu này có đặc tính hoạt động giống với cấu hình nghịch lưu nguồn Z do có trạng thái hoạt động ngắn mạch,nhưng cấu hình này lại sử dụng ít hơn một tụ điện,một cuộn dây và nhiều hơn một khóa bán dẫn. Các phân tích và điều khiển PWM cho cấu hình này được trình bày trong [12]. Tuy nhiên cấu hình này có một số hạn chế như:  Một là phát ra hệ số tăng áp thấp hơn so với nghịch lưu nguồn Z.  Bên cạnh đó trong nghịch lưu tăng áp cơ bản, dòng điện nguồn hoạt động không liên tục với biên độ nhấp nhô lớn vì nó kết nối trực tiếp đến diode, ảnh hưởng đến chất lượng của bộ nguồn và đôi khi mạch lọc nguồn cần Trang 3
20. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP được sử dụng để bảo vệ nguồn dẫn đến tăng kích thước cũng như giá thành. Cấu hình nghịch tăng áp 1 pha được đề xuất trong [14] đã có những ưu điểm vượt trội hơn so với cấu hình nghịch lưu tăng áp cơ bản như:  Thứ nhất là dòng điện nguồn hoạt động ở chế độ liên tục  Thứ hai là cải thiện hệ số tăng áp ( nâng hệ số tăng áp lên bằng với cấu hình nghịch lưu nguồn –Z) Tuy nhiên với cấu hình nghịch lưu áp ba bậc thì điện áp ngõ ra tồn tại nhiều thành phần sóng hài bậc cao. Do đó khi nối lưới đòi hỏi phải thiết kế bộ lọc lớn, kết quả làm tăng kích thướt và tăng giá thành của bộ nghịch lưu. Các cấu hình nghịch lưu đa bậc diode kẹp,tụ kẹp và cascade trong [15], [16], [17], [18], đã khắc phục được các vấn đề của nghịch lưu ba bậc như điện áp đặt trên các linh kiện giảm xuống nên công suất tổn hao do quá trình đóng ngắt của linh kiện cũng giảm theo; tần số đóng ngắt lớn, các thành phần hài bậc cao của điện áp ra giảm nhỏ hơn so với bộ nghịch lưu ba bậc, nhưng vẫn tồn tại một số nhược điểm như điện áp xoay chiều ngõ ra vẫn thấp hơn điện áp một chiều cung cấp, bên cạnh đó vấn đề mất cân bằng giữa các nguồn một chiều cung cấp cho nghịch lưu đa bậc cũng là một trở ngại lớn. Trong đề tài này chúng ta tập trung vào tìm hiểu và phân tích hoạt động của cấu hình nghịch lưu tăng áp 1 pha và đề xuất thuật toán điều khiển ổn định điện áp xoay chiều ngõ ra cho mạch nghịch lưu tăng áp được đề xuất trong [14]. Dựa trên cấu hình nghịch lưu tăng áp này thực hiện ghép tầng nghịch lưu tăng áp để giảm các thành phần sóng hài bậc cao của điện áp ngõ ra. Mục đích của đề tài Mục đích của đề tài là nghiên cứu cấu hình nghịch lưu mới được sử dụng trong năng lượng mới, từ đó nghiên cứu Ghép tầng đa bậc nghịch lưu tăng áp với các đặc điểm chính: giải quyết vấn đề mất cân bằng giữa các nguồn DC trong mỗi module, cho phép hoạt động ở chế độ ngắn mạch và tăng được điện áp nguồn DC để hòa lưới điện một pha. Trang 4
21. LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài Để đạt được mục đích trên đề tài có các nhiệm vụ sau:  Tìm hiểu cấu hình nghịch lưu tăng áp 1 pha.  Đề xuất bộ điều khiển ổn định điện áp ngõ ra cho cấu hình nghịch lưu tăng áp 1 pha.  Nghiên cứu ghép tầng nghịch lưu tăng áp 1 pha để giảm các thành phần sóng hài bậc cao của điện áp ngõ ra.  Nghiên cứu hòa lưới điện 1 pha dùng cấu hình ghép tầng nghịch lưu tăng áp. Phương pháp nghiên cứu  Sử dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu về các bộ nghịch lưu, mạch tăng áp và các giải thuật điều khiển từ các tạp chí khoa học, các hội nghị chuyên môn, các bài báo nghiên cứu công bố trên thư viện điện tử IEEEXPLORE, springer, Nghiên cứu các kỹ thuật điều chế PWM để điều khiển mạch mạch lưu tăng áp.  Ứng dụng các kỹ thuật điều chế xây dựng mô hình mô phỏng và thuật toán điều khiển sử dụng phần mềm chuyên dụng Psim để mô phỏng cho bộ nghịch lưu tăng áp một pha  Lập trình điều khiển trên phần mềm chuyên dụng Code Composer Studio với vi mạch TMS320F28335 của tập đoàn Texas Instruments và được kiểm chứng bằng thực tế.  Các thực nghiệm được thực hiện trên mô hình vật lý với các thiết bị đo hiện đại của hãng Tektronic, so sánh với kết quả mô phỏng. Điểm mới của đề tài Đề tài đã thực hiện ghép tầng được các bộ nghịch lưu tăng áp 1 pha, tạo điện áp đa bậc ở ngõ ra,giải quyết được hạn chế tăng áp ở các bộ nghịch lưu đa bậc truyền thống,cho phép hoạt động ở chế độ ngắn mạch. Giải thuật điều khiển PID giúp ổn định điện áp ngõ ra, giải quyết vấn đề mất cân bằng giữa các nguồn DC trong mỗi module. Trang 5