BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

LƯƠNG TRẦN NGHĨA
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU
KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM
SỐ KHÓA CÔNG SUẤT
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Mã số ngành: 60 52 50
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2012
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM
ngày . . tháng . . . năm . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1.
2.
3.
4.
5.
Xác nh Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Khoa quản lý chuyên ngành sau khi
luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Khoa quản lý chuyên ngành
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH - ĐTSĐH

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Giới thiệu nghịch lưu đa
bậc và ứng dụng
2. Trình bày cấu trúc nghịch
lưu đa bậc giảm số khóa
công suất và phương pháp
điều khiển
3. Mô phỏng bộ nghịch lưu
đa bậc giảm số khóa công
suất bằng
matlab/simulink
4. Đánh giá và kết luận
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
15/09/2011
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
15/03/2012.
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHAN
QUỐC DŨNG
CÁN BỘ
HƯỚNG DẪN
(Họ tên và
chữ ký)
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN
NGÀNH
(Họ tên và chữ
ký)
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng 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.

phương pháp điều khiển nên Luận văn đề xuất một phương pháp điều khiển mới
(rút ra từ [15] & [16]) cho bộ nghịch lưu này. Nó được kiểm chứng bằng mô phỏng
trong matlab/simulink. Tuy nhiên còn một số hạn chế, chỉ giảm số khóa hơn cấu
trúc truyền thống khi số bậc lớn hơn 7, số bậc điều chế được phụ thuộc vào số khóa
trên mỗi unit và số unit trong một bộ.
ii
ABSTRACT
To overcome the disadvantages of the SHE method, two papers [15] & [16]
gave a simple method directly determines conducting angle, for two different ways
to apply determines conducting angle in inverters cascaded. These methods reduce
the amount of computation required, not solving nonlinear equations, calculating
only some trigonometric functions. In this analysis focused measures,
improvements in the two methods [15] & [16] to apply determines conducting angle
for multi-level inverter With Reduced Number of Switches [3].
The paper [3] has introduced a new structure of multi-level inverters are key
structures reduce capacity than traditional structure with some degree of
modulation, this paper only inverter multi-building reduce the number of key steps
that do not mention the method should control thesis proposes a new control
methods (drawn from [15] & [16]) for this inverter. It is verified by simulation in
matlab / simulink. But there are some limitations, only reduce the number of
courses than the traditional structure of rank greater than 7 degrees of modulation
depends on the number keys on each unit and the unit in a set.
iii
MỤC LỤC
TÓM TẮT ĐỀ TÀI i
ABSTRACT ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC CÁC HÌNH viii
MỞ ĐẦU 1

lưu đa bậc giảm số khóa 60
Chương 3: MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA CÔNG
SUẤT BẰNG MATLAB/SIMULINK……………………………………………69
A - XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB/SIMULINK 69
B - CHẠY MÔ HÌNH MÔ PHỎNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ONLINE CẢI
TIẾN 75
3.1 Mô phỏng bộ nghịch lưu đa bậc giảm khóa công suất 75
3.2 Khảo sát và đánh giá kết quả mô phỏng 83
Chương 4: KẾT LUẬN 85
Kết quả đạt được và hướng phát triển
Tài liệu tham khảo………………………………………………………………….88
v
DANH MỤC TỪ VIẾT
TẮT
PMW (pulse width modulation): điều chế độ rộng xung
SPWM (sinusoidal pulse width modulation): điều chế độ rộng xung dạng sóng sin
THPWM (third harmonic injection pulse width modulation): điều chế độ rộng xung
têm hài bậc ba
SVM (space vector pulse width modulation): điều chế độ rộng xung bằng véc tơ
không gian
SH-PWM (subharmonic pulse width modulation): điều chế độ rộng xung với hài
bội 3
SFO-PWM (switching frequency optimal pulse width modulation): điều chế độ
rộng xung với tần số đóng cắt tối ưu
SHE (Selective harmonic elimination): khử sóng hài chọn lọc
SDCS: (source dc shares): điện áp nguồn độc lập
BJT, MOSFET, IGBT, GTO, IEGT, IGCT, SCR: ký hiệu tên các linh kiện điện tử
công suất
Nstep: số bậc của sóng điện áp ra
Nswitch: số khóa công suất trong bộ nghịch lưu

nghịch lưu đa bậc giảm số khóa, không xét đến hài bội 3 60
Bảng 2.14 So sánh THD% giửa phương pháp online và phương pháp Kang cho bộ
nghịch lưu đa bậc giảm số khóa, có xét đến hài bội 3 65
Bảng 3.1: Bảng đóng cắt IGBT cho bộ nghịch lưu 11-level 75
vii
Bảng 3.2: Kết quả tính góc kích, fundamental harmornic 76
Bảng 3.3: Bảng đóng cắt IGBT cho bộ nghịch lưu 15-level 77
Bảng 3.4: Kết quả tính góc kích, fundamental harmornic 78
Bảng 3.5: Bảng đóng cắt IGBT cho bộ nghịch lưu 17-level 79
Bảng 3.6: Kết quả tính góc kích, fundamental harmornic 80
Bảng 3.7: Bảng đóng cắt IGBT cho bộ nghịch lưu 31-level 81
Bảng 3.8: Kết quả tính góc kích, fundamental harmornic 81
Bảng 3.9: Bảng đóng cắt IGBT cho bộ nghịch lưu 31-level 83
Bảng 3.10: Kết quả tính góc kích, fundamental harmornic 83
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc của một bộ nghịch lưu dạng diode kèm 4
Hình 1.2: Cấu trúc của một bộ nghịch lưu dạng tụ kèm 6
Hình 1.3: Cấu trúc một pha của bộ nghịch lưu dạng cascaded 8
Hình 1.4: Phân loại các phương pháp điều chế PWM của bộ nghịch lưu đa bậc 9
Hình 1.5: Mô phỏng tính hiệu điều chế và sóng điện áp pha ngỏ ra sử dụng 5 nguồn
dc độc lập (60V), cho bộ nghịch lưu đa bậc cascaded với ba kỹ thuật chính (a)
SPWM, (b) THPWM, (c) SVM 10
Hình 1.6: Dạng điều chế và dạng sóng ngõ ra với các thông số (m = 6, mf = 21, ma =
0.8) 12
Hình 1.7: Hình lục giác trong phương pháp SVPWM 12
Hình 1.8: không gian vector điện áp cho bộ nghịch lưu sáu bậc 13
Hình 1.9: Bộ ghép kênh mô hình của bộ nghịch lưu diode kẹp sáu bậc 14
Hình 1.10: Dạng sóng điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu cascaded 11 bậc 16
Hình1.11: Ứng dụng bộ nghịch lưu trong điều khiển động cơ 17

Hình 2.20: Dạng sóng điện áp đầu ra và phân tích quang phổ cho M = 0.9
(overmodulation), biến tần 11-level với nguồn dc cân bằng 42
Hình 2.21: Dạng sóng điện áp đầu ra và phân tích phổ cho M = 0.64 M,biến tần 13-
level với nguồn dc cân bằng 43
x
Hình 2.22: Dạng sóng điện áp đầu ra và phân tích phổ cho M = 0.64 M, biến tần 15-
level với nguồn dc cân bằng 44
Hình 2.23: Dạng sóng điện áp đầu ra và phân tích phổ cho M = 0.5,biến tần 11-level
với các nguồn dc không cân bằng 45
Hình 2.24: Dạng sóng điện áp tham chiếu và tổng hợp sóng bước xung (step pulse
wave) trong một biến tần cascaded 46
Hình 2.25: Điện áp tham chiếu và góc kích ảo trong trường hợp của Mi= /4 47
Hình 2.26: Điện áp ra của inverter cascaded 11-level trong thời gian nửa chu kỳ
dương, trong trường hợp của Mi= /4 48
Hình 2.27: Dạng sóng áp ra và FFT, trong trường hợp Mi = 0.8 51
Hình 2.28: Dạng sóng áp ra và FFT, trong trường hợp Mi = 0.5 52
Hình 2.29: Dạng sóng áp ra và FFT, trong trường hợp Mi = 0.4 53
Hình 2.30: Dạng sóng áp ra và FFT, trong trường hợp Mi = 0.64 57
Hình 2.31: Dạng sóng áp ra và FFT, với tỷ số điều biên M =0.8 (11-level),
THD=3.477% 59
Hình 2.32: Dạng sóng áp ra và FFT, với tỷ số điều biên M =0.4 (11-level),
THD=9.55% không tín đến hài bội 3, PP online 61
Hình 2.33: Dạng sóng áp ra và FFT, với tỷ số điều biên M =0.4 (11-level),
THD=14.20% không tín đến hài bội 3, PP Kang 61
Hình 2.34: Dạng sóng áp ra và FFT, với tỷ số điều biên M =0.5 (11-level),
THD=6.01% không tín đến hài bội 3, PP online 62
Hình 2.35: Dạng sóng áp ra và FFT, với tỷ số điều biên M =0.5 (11-level),
THD=11.92% không tín đến hài bội 3, PP Kang 62
Hình 2.36: Dạng sóng áp ra và FFT, với tỷ số điều biên M =0.6 (11-level),
THD=9.82% không tín đến hài bội 3, PP online 62

Hình 2.51: Dạng sóng áp ra và FFT, với tỷ số điều biên M =0.8 (11-level),
THD=4.571% có tính đến hài bội 3, PP Kang 68
Hình 3.1: Mô hình mô phỏng cho 11-level sóng điện áp ra 70
Hình 3.2: Mô hình mô phỏng cho 15-level sóng điện áp ra 71
Hình 3.3: Mô hình mô phỏng cho 17-level sóng điện áp ra 72
Hình 3.4: Mô hình mô phỏng cho 31-level sóng điện áp ra 73
Hình 3.5: Mô hình mô phỏng cho 53-level sóng điện áp ra 74
Hình 3.6: Dạng sóng áp ra và FFT, với tỷ số điều biên M =0.64, PP online, 11-
level 76
Hình 3.7: Dạng sóng áp ra và FFT, với tỷ số điều biên M =0.64, PP online, 15-
level 78
Hình 3.8: Dạng sóng áp ra và FFT, với tỷ số điều biên M =0.64, PP online, 17-
level 80
Hình 3.9: Mô phỏng bộ nghịch lưu 21 bậc, THD = 10.01% có xét đến hài bội ba 81
Hình 3.10: Mô phỏng bộ nghịch lưu 23 bậc, THD = 9.953% có xét đến hài bội ba 81
Hình 3.11: Mô phỏng bộ nghịch lưu 25 bậc, THD = 9.633% có xét đến hài bội ba 82
Hình 3.12: Mô phỏng bộ nghịch lưu 41 bậc, THD = 8.927% có xét đến hài bội ba 82
Hình 3.13: Mô phỏng bộ nghịch lưu 43 bậc, THD = 8.349% có xét đến hài bội ba 83
NGHIÊN C ỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU
ĐA BẬC GIẢM SỐ KHÓA CÔNG SUẤT
RESEARCH METHODS CONTROL OF MULTILEVEL CONVERTER
REDUCTION NUMBER OF SWITCHS
LƯƠNG TRẦN NGHĨA(1), PHAN QUỐC DŨNG(2)
(1)
Khoa Cơ – Điện – Điện Tử, Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM, Việt Nam
(2)
268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10
TÓM TẮT
Để tính được những góc kích các khóa công suất thì các phương pháp thông thường dùng phương
pháp lập Newton -Raphson để giải các phương trình phi tuyến trong chuỗi Fourier. Nhược điểm của

là nó được điều khiển một cách linh hoạt, đáp
ứng từ yêu cầu thấp đến cao nhờ bộ biến tần.
Bộ nghịch lưu là một phần của bộ biến tần.
Ngoài ra trên thế giới đang đẩy mạnh phát
triển nguồn năng lượng mới (năng lượng tái
tạo) để sản xuất ra điện năng. Để thay thế cho
E-mail: [email protected]; [email protected]
Khoa Điện-Điện Tử, Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, Việt Nam
nguồn năng lượng truyền thống sắp cạn kiệt và
ô nhiễm môi trường như (dầu, than, khí đốt…),
bằng các nguồn năng lượng mới như: năng
lượng mặt trời, gió, sóng biển Trong đó bộ
nghịch lưu là bộ phận quan trọng không thể
thiếu trong việc nối lưới cho các hệ thống này.
Vì thế, việc nghiên cứu để phát triển, nâng cao
hiệu quả và giảm giá thành của bộ nghịch lưu
đa bậc là góp phần vào sự phát triển chung cho
nền công nghiệp và nghành năng lượng tái tạo
hiện nay. Nghịch lưu đa bậc được chấp nhận
để thay thế nghịch lưu áp hai bậc cho ứng dụng
công suất lớn và điện áp cao. Với cấu tạo đa
bậc, điện áp ngõ ra được tăng lên tổn hao
chuyển mạch linh kiện giảm và họa tần ngõ ra
được cải thiện đáng kể. Bài viết này giới thiệu
một phương pháp điều khiển mới cho cấu trúc
nghịch lưu đa bậc giảm số khóa công suất [3],
với cách tiếp cận trực tiếp để xác định góc
kích, điều khiển trạng thái đóng cắt các khóa
công suất trong bộ nghịch lưu giảm số khóa.
Đặc điểm của cấu trúc này là cấu tạo đơn giản,

trúc này so với các cấu trúc trước đó là
mỗi khóa hai chiều chỉ cần có một mạch
điều khiển cổng kích [3].
Cấu trúc cơ bản trong hình 2 gồm một
điện áp dc (điện áp dc bằng V dc) với hai khóa
chuyển mạch hai chiều S 1 và S 2 trong hình (a)
và dạng sóng điển hình V 0 được thể hiện trong
hình (b). Rõ ràng hai khóa S 1 và S 2 không thể
ON cùng lúc, vì xảy ra ngắn mạch nguồn dc.
Đáng chú ý là nó tạo ra được hai giá trị điện áp
ở ngõ ra V 0.
2.
NỘI DUNG
2.1 Cấu trúc bộ nghịch lưu đa bậc giảm số
khóa trong [3]
Mỗi một
unit thì cần
có khóa
đóng cắt hai
chiều để tổng
hợp dòng điện và
điện áp cả hai
hướng, trong
hình 1 là cách
nối ghép cơ bản
để
phối hợp tạo ra
một khóa hai
chiều, điều khiển
điện áp và dòng

cấu trúc tối ưu cho minimmum số khóa với
số bậc điện áp không đổi
Cấu trúc cải tiến bao gồm k lần unit liên
kết với nhau, mỗi unit có ni khóa (i = 1, 2, …,
k) do đó:
1 1 0 0 … 0 0 0
2
3
n-1
n
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
…
…
…
…
…
0
0
1

được giả định bằng n, sau đó xem xét phương
trình (8), tổng số các thiết bị chuyển mạch
( ) có thể đạt được như sau:
… … … … … … …
l
Hình 5: Biến thiên n/ln(n) so với n
Vì N step là hằng số, N switch sẽ minimum khi
n/ln(n) tiến tới minimum. Hình 5 cho thấy với
n = 3 thì min số switch thực hiện N step cho điện
áp. Ở đây cần chú ý số switch là số nguyên,
khi không thu được số nguyên thì ta lấy chọn
số nguyên gần với giá trị tìm được.
Theo chứng minh phần trên ta thấy cấu
trúc tối ưu cho giảm số khóa khi mỗi một unit
cần n = 3 khóa [3].
Hình 6: Cấu trúc tối ưu cho giảm số
khóa
Ta có cấu trúc được xây dựng trong hình 6
cấu trúc này có thể tạo ra số bậc tối đa của
sóng điện áp ra, tương ứng với số khóa ít nhất.
Một ưu điểm nổi bậc của cấu trúc giảm số
khóa này là điều chế được số bậc cao nên sóng
ngõ ra giảm thiểu độ méo dạng và gần sin hơn
so với cấu trúc truyền thống.
2.2 Phương pháp điều khiển
2.2.1 Phương pháp on-line xác ịnh góc
kích cho bộ nghịch lưu cascaded [4]
Để khắc phục một số nhược điểm của
phương pháp SHE. Một phương pháp trong [4]
tiếp cận trực tiếp xác định các góc kích với các

tích hình 7 (b)
Với j = 1 … k
đ
được thực hiện bằng cách chọn hệ số THD nhỏ
nhất.
Đối với phạm vi của chỉ số điều chế (M là
nhỏ hơn 0.64), nó là đơn giản để sử dụng phân
bố αi, tùy thuộc vào k:
Đối với phạm vi của chỉ số điều chế cao,
phương trình (15) không thể cung cấp cho một
giá trị thực cho một hoặc một số θ i. Vì vậy, giá
trị của α i sẽ được thành lập với tham số d như
sau:
(
Ở đây d là hệ số, xác định bằng min THD%
Hình 7: Phương pháp tiếp cận trực tiếp xác
định góc kích
3- Tính toán góc kích θ j cho từng bậc để biên
độ của các thành phần cơ bản của sóng vuông
bằng M j, hình 7 (c)
Vì vậy, mối quan hệ được thiết lập giữa θ j và
α i như sau:
4- Phân tích tất cả các trường hợp có thể tổng
hợp voltage-sec area dạng sóng điện áp phù
hợp với chỉ số điều chế và sự chọn lựa tối ưu
với hệ số THD min. Độ méo dạng của sóng hài
được xác định theo công thức:
Quy trình khảo sát để tổng hợp harmonic
cơ bản của dạng sóng điện áp tải có thể của
việc sử dụng số bước khác nhau. Ví dụ; Khi hệ

độ của các thành phần cơ bản của sóng vuông
bằng S j
Vì vậy, mối quan hệ được thiết lập giữa θ j và
α i như sau:
Với α i được tính như sau:
Cối cùng ta
được công
thức tính
điện áp
tham chiếu cho
cấu trúc giảm số
khóa công
suất như sau:
3.KẾT QUẢ VÀ THẢO
LUẬN
Sóng điện
áp ngõ ra
cóư ợc từ
những
bước xung dạng
sóng, có thể tổng
hợp từ k bậc
một bước xung
của sóng điện áp
ra với k bước,
sử dụng nguyên
lý xếp chồng như
sau:
Ta thực hiện
các bước tư tự