1. Matrix converter

- Three-phase matrix converters: Analysis and implementation of Carrier based PWM algorithms; PWM performance

Giới thiệu Công trình nghiên cứu

KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG CHO CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

Mục tiêu của việc nghiên cứu kỹ thuật  điều khiển điều chế độ rộng xung-Pulse Width Modulation (PWM) cho các bộ công suất lớn nhằm tiếp cận và phát triển mới những kỹ thuật điều khiển hiện đại  các thiết bị công suất, phát triển  nhân lực và cơ sở PTN,  chuẩn bị  các thực nghiệm gắn kết với nhu cầu thực tế.

  Kỹ thuật PWM có ý nghĩa quan trọng đến chất lượng hệ thống các thiết bị bán dẫn công suất quan trọng như Voltage Source Inverters, PWM rectifiers, Unified PWM Rectifier-Inverters, Current Source Inverters, Multilevel NPC/ Cascaded Inverters, Hybrid inverters và AC/AC Matrix Converters.

     Các bộ biến đổi công suất được  ứng dụng nhiều trong công nghiệp và hệ thống điện như Điều khiển truyền động điện động cơ AC cho các phương tiên giao thông vận tải, xe điện,  máy bay, tàu thủy, các hệ thống dây chuyền công nghiệp, các thiết bị sạc điện, hệ thống điện dự phòng UPS, thiết bị bù lọc  sóng hài và công suất phản kháng,  truyền tải điện cao áp, các thiết bị  dân dụng..... 

         Những năm gần đầy, nhu cầu phát triển  thiết bị nâng cao chất lượng và ổn định  hệ thống điện, các bộ nguồn cho  xe điện, các lọai  nguồn năng lượng mới như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng biển,... mang nhiều hứa hẹn ứng dụng của các thiết bị biến đổi công suất phức hợp như multilevel inverters và matrix converters.

         Kỹ thuật điều khiển PWM  phát triển  trên  các kỹ thuật cơ sở như Space Vector PWM-(SVPWM) , Carrier Based PWM (CPWM) và Selective Harmonics Elimination PWM (SHE-PWM) . Sau nhiều năm nghiên cứu, chúng tôi đã phát triển  được một số phương pháp PWM mới như Nguyên lý điều chế PWM giữa các quỹ đạo biên, Nguyên lý quá điều chế tuyến tính, Kỹ thuật đa điều chế, Kỹ thuật điều chế SHE trực tuyến, Lý thuyết Dynamic CPWM và SVPWM, Kỹ thuật điều khiển PWM sóng mang tổng quát cho các dạng nghịch lưu đa bậc khác nhau. Các kỹ thuật mới cho phép triển khai các thuật tóan PWM trên nguyên lý sóng mang -CPWM một cách linh họat và có khả năng thay thế các kỹ thuật điều khiển SVPWM  trong thiết bị công suất, đặc biệt  trong các hệ thống phức tạp có xét yếu tố nguồn biến động.

     Hiện nay, mô hình thực nghiệm nghịch lưu đa bậc 3-level NPC Inverter,  điều khiển dùng công nghệ DSP, kết hợp  FPGA được xây dựng và đang giai đọan thử nghiệm. Hai bộ điều khiển  được sử dụng  là DSP TMS320F2812 và dSPACE Kit DS1104. Trong tương lai,  các cấu trúc thực nghiệm phức tạp hơn  sẽ được phát triển. Phòng thí nghiệm  cố gắng nghiên cứu phát triển  học thuật tiên tiến và   thực nghiệm  hiện đại. Các phần mềm PSIM, MATLAB/SIMULINK, C++ và DYNAST được sử dụng hiệu quả.

  Quá trình  nghiên cứu kỹ thuật PWM cho thiết bị bán dẫn công suất    nhận được sự tài trợ của Quỹ  Brain Korea 21 Century Program và PTN Điện tử công suất của Viện Khoa học Công nghệ cao Hàn Quốc- KAIST (2003-2004),  Quỹ NCKH  ĐHQG TP.HCM (2005-2007) và  Quỹ nghiên cứu  của Bộ Công nghiệp, Năng lượng và Thương mại Hàn Quốc thông qua Trung Tâm mạng Tự Động NARC- ĐH Ulsan (Coperative project 5/2006-2/2007 và Coperative Project 5.2007-2.2008). Hiện nay, việc nghiên cứu vẫn đang  tiếp tục  tiến hành với nhiều kết quả  mới khả quan.   .

-Voltage source inverters, multilevel voltage source inverter , multilevel PWM rectifier.

 -Unified PWM rectifier-Inverter.

- matrix converter.

- Modern control techniques for power converters.

- Applications of power converters in industry applications and power utilities.

- Power Converters and Control of Renewable Energy Systems.

- Applications of high voltage power converters in Hybrid and Fuel cell Electric vehicles  

- Optimised switching loss PWM techniques with  minimum voltage error for multilevel inverters for unbalanced dc voltage sources

-PWM control in Cascade multilevel inverter for unbalanced dc voltage sources

-Applications of multilevel inverters in multiphase motor drives

- Applications of multilevel inverters in three-phase four wire power system

- Applications of multilevel inverters in STATCOM

- Induction motor drives fed Low cost inverters

-Direct torque Control of induction motor drive fed SVPWM controlled multilevel inverters

-Direct torque Control of induction motor drive fed  multilevel inverters with eliminating common mode voltage

-Comparison of PWM techniques For unbalanced dc voltage sources

- PWM control with Minimizing common mode voltage for unbalanced dc voltage sources

- Analysis of PWM control for Matrix converter

- Analysis of PWM control For multilevel PWM rectifiers

-PWM control for hybrid multilevel inverters

-Optimised switching loss PWM techniques  in multilevel inverters

-PWM control in NPC multilevel inverter for unbalanced dc voltage sources

-On-line Step pulse PWM in cascade inverters for  balanced dc sources

-On-line Step pulse PWM in cascade inverters for  unbalanced dc sources

-Correlation between SVPWM and carrier based PWM techniques for unbalanced dc voltage sources

 - Optimised switching loss PWM techniques with  minimum voltage error for multilevel inverters for balanced dc voltage sources

 - Analyis of PWM control in Multileg multilevel inverters

1. Simulation of induction motor drive fed by matrix converter:  

Matrix converter với khả năng biến đổi trực tiếp nguồn AC tần số lưới công nghiệp (50Hz) sang dạng nguồn AC có khả năng thay đổi tần số và biên độ. Đồ án cho phép thiết lập mô hình của hệ thống nguồn, bộ biến đổi matrix, tải động cơ không đồng bộ và thuật điều khiển PWM và sử dụng phầm mềm mô phỏng PSIM, kết hợp C++,  để khảo sát các đáp ứng hệ thống  điều chỉnh tốc độ động cơ vòng hỡ và vòng kín. Đồ án sử dụng giải thuật của Venturi, thực hiện bằng sóng mang, với offset điều chỉnh cho phép mở rộng phạm vi điều khiển điện áp ngõ ra đến 0.866 áp ngõ vào. Hệ số công suất được duy trì ở gần 1. Kết quả mô phỏng cho một số giá trị chỉ số điều chế và tần số đã được kiểm chứng bằng PSIM (matrix-RL)

Hướng phát triển tiếp theo gồm:

 - nghiên cứu điều khiển động cơ theo vector từ thông (FOC), điều khiển trực tiếp moment (DTC) dùng matrix converter. 

- thực hiện thực nghiệm điều khiển matrix converter sử dụng card dSPACE DS1104

 2. Giải tích carrier based PWM for matrix converter:  

  3. Single-vector control  for multilevel inverter with minimum voltage error for unbalanced dc voltage source: 

Bước phát triển tiếp theo thực hiện gồm:

- Khảo sát hệ thống truyền động động cơ AC - biến tần đa bậc theo giải pháp 1 vector theo sai số điện áp cực tiểu.

- Khảo sát hệ thống truyền động động cơ AC - biến tần đa bậc theo giải pháp 1 vector theo nguyên lý triệt tiêu  điện áp common-mode.

-  Khảo sát hệ thống truyền động động cơ AC - biến tần đa bậc theo giải pháp 1 vector theo qui luật điều  khiển moment trực tiếp (DTC).

Giải pháp PWM sử dụng 2 vector trong chu kỳ lấy mẫu là giải pháp hòan tòan mới. So với giải thuật PWM 1 vector, giải pháp PWM  2 vector có số chuyển mạch lớn hơn, tuy nhiên khả năng đạt chính xác cao hơn và tính gần như tuyến tính của hệ thống có thể đạt được khi bậc nghịch lưu bằng 5 (two-vector PWM). Trong giải thuật tìm thấy, hàm offset có thể điều khiển một cách đơn giản  để đạt được sai số vector áp cực tiểu .

Ngòai việc đánh giá tính chất của đáp ứng hệ thống, các bước phát triển tiếp theo của giải pháp PWM 2 vector sẽ tương tự như phương pháp PWM 1 vector.

 5. Feed-forward Voltage Control of three-level NPC inverter with minimum common mode for unbalanced dc sources :

Sự không cân bằng áp nguồn dc trong nghịch lưu áp 3 bậc NPC gây ra các hệ quả tất yếu ở phía tải như sự không cân bằng áp tải 3 pha, khả năng triệt tiêu điện áp common mode bị mất. Để giải quyết cân bằng điện áp tải và đạt được hàm common mode tức thời cực tiểu, một giải thuật mới sẽ được đề xuất có sử dụng tín hiệu phản hồi điện áp trên các tụ lọc dc. Bài tóan sẽ được kiểm chứng và đánh giá bằng phần mềm  mô phỏng PSIM, C++ hoặc MATLAB/SIMULINK.

Các hướng phát triển tiếp theo:

- thực hiện thực nghiệm kiểm chứng, sử dụng card DS1104, hoặc TMS320F2812

- điều khiển truyền động động cơ không đồng bộ với common mode cực tiểu trong điều khiện nguồn dc không cân bằng.

- khảo sát hệ thống đã nêu ở chế độ quá điều chế

Giải thuật điều khiển sóng mang triệt tiêu common mode mới đề xuất (NVNHO-EPE07) có tính chất linh họat, phụ thuộc vào việc chọn lựa hệ thống sóng điều khiển và sóng mang PD,PS,.... Bài tóan đặt ra là đánh giá phẩm chất của hệ thống này theo các tiêu chí đánh giá PWM để đưa ra các đề xuất hợp lý cho ứng dụng.

 Các hướng phát triển:

- Điều khiển định hướng từ thông  vận tốc động cơ không đồng bộ bằng bộ biến tần đa bậc triệt tiêu common mode.

- Điều khiển trực tiếp moment (DTC)  vận tốc động cơ không đồng bộ bằng bộ biến tần đa bậc triệt tiêu common mode.

 Các kỹ thuật PWM mặt dù đã phát triển qua hơn 3 thập kỷ qua, với các kỹ thuật PWM đề xuất như SVPWM, kỹ thuật sóng mang PWM PS,PD,APOD,...nhưng mối liên hệ giữa chúng vẫn đang là câu hỏi đặt ra cho các chuyên gia nghiên cứu PWM. Bài tóan sẽ  nghiên cứu tìm ra lời giải tổng quát cho các tương quan này, sử dụng các kết quả phân tích sóng mang đã tìm được gần đây, tất cả các kỹ thuật PWM sẽ có thể diễn tả trong một kỹ thuật mới đề xuất gọi là "nominal PWM" và giản đồ trạng thái sẽ mô tả qua "nominal switching state diagram". Đề tài sẽ thực hiện đánh giá tổng hợp các khả năng PWM có thể.