Thiết kế bộ điều khiển dự báo cho bộ nghịch lưu đa mức NNPC ứng dụng cho hệ thống biến đổi trung áp

Abstract

Luận văn này trình bày việc thiết kế bộ điều khiển dự báo (Model Predictive Control - MPC) cho cấu trúc nghịch lưu bốn mức (Nested Neutral Point Clamped - NNPC) ứng dụng cho hệ thống biến đổi trung áp. So với các cấu trúc nghịch lưu đang sử dụng phổ biến, bộ nghịch lưu NNPC có nhiều ưu điểm như khả năng tăng công suất, độ méo sóng hài của đầu ra nhỏ, giảm số khóa bán dẫn và điện áp đặt lên các khóa như nhau, dẫn đến giảm kích thước và giá thành hệ thống và đơn giản hơn trong việc điều khiển. Vì vậy, cấu trúc này bắt đầu được chú trọng áp dụng cho dải điện áp 2.4-7.2 kV, đặc biệt đối với hệ thống năng lượng tái tạo. Phương pháp điều khiển phổ biến áp dụng cho các bộ nghịch lưu đa mức là điều khiển tuyến tính (Proportional Integral - PI). Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là đáp ứng của hệ thống chậm, chất lượng điều khiển phụ thuộc vào độ chính xác của các thông số bộ điều khiển PI và cần có khối điều chế phức tạp. Bộ điều khiển dự báo theo mô hình với số trạng thái hữu hạn (Finite control set model predictive control - FCS-MPC) có các ưu điểm như dễ dàng áp dụng với hệ thống phi tuyến, tích hợp các ràng buộc và có cấu trúc đơn giản do không có cấu trúc điều khiển nối tầng và khối điều chế. Trong nội dung nghiên cứu, hàm mục tiêu của quá trình điều khiển cho bộ nghịch lưu NNPC bao gồm dòng điện của tải và điện áp cân bằng trên tụ điện. Trạng thái chuyển mạch tốt nhất được xác định từ quá trình tối ưu hóa hàm mục tiêu, sẽ được điều khiển đóng cắt các khóa bán dẫn của bộ nghịch lưu. Để xác nhận tính hiệu quả và khả thi của phương pháp đề xuất, các phân tích được khảo sát bằng phần mềm Matlab/Simulink với các điều kiện hoạt động khác nhau của hệ thống.