Điều khiển điện áp một chiều của bộ nghịch lưu nguồn Z

Kỷ yếu kỷ niệm 35 năm thành lập Trường ĐH ng nghiệp Th ph m T h inh 98 -2017) 
246 
ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU CỦA BỘ NGHỊCH LƢU NGUỒN Z 
Phạm Công Thành 
1Trường Đại họ ng nghiệp Th ph m Thành phố h inh 
*
Email: thanhpc@cntp.edu.vn 
Ngày nhận bài: 20/03/2017; Ngày chấp nhận đăng: 30/08/2017 
TÓM TẮT 
Thiết kế bộ điều khiển tốt nhất cho điện áp đỉnh cấp vào bộ nghịch lưu nguồn Z ảnh hưởng mạnh mẽ 
tới hiệu suất của những hệ thống lai xe điện, hệ thống năng lượng mặt trời. Bài báo này đưa ra đánh giá 
và phân tích rõ nhất của những phương pháp điều khiển khác nhau như bộ điều khiển PI, mờ và tự chỉnh 
định mờ dựa vào sự quan sát đáp ứng của điện áp đỉnh DC-link và tổng hài dòng điện. Tất cả những 
phương pháp trên được ứng dụng trong vòng kín của điện áp đỉnh DC-link trong bộ nghịch lưu nguồn Z 
(ZSI). Kết quả nghiên cứu của những phương pháp này được kiểm chứng bởi phần mềm Matlab. 
Từ khóa: Điện áp DC-link, Bộ điều khiển Fuzzy, Bộ nghịch lưu nguồn Z, SVM. 
1. GIỚI THIỆU 
Bộ nghịch lưu nguồn Z (ZSI) là bộ chuyển đổi công suất với nhiều đặc tính tiện lợi như đặc tính 
nâng-hạ điện áp, chi phí thấp mà đặc biệt là hiệu suất cao so với những bộ chuyển đổi công suất DC-DC 
kinh điển [1,2]. ZSI có thể vượt qua những bộ nghịch lưu nguồn áp kinh điển như điện áp cực đại đầu ra 
của nó có thể vượt qua điện áp DC cấp vào bộ nghịch lưu, hai công tắc của bất kỳ pha nào có thể đóng ở 
cùng thời điểm mà không ảnh hưởng đến trạng thái ngắn mạch và phá hủy của bộ nghịch lưu [3]. Như 
một điểm nhấn trong thiết kế ZSI, bộ nghịch lưu nguồn Z (ZSI) đối phó với sụt áp của điện áp cấp vào bộ 
nghịch lưu (DCV), sử dụng cuộn cảm nhỏ và đảm bảo thiết kế đơn giản. Do đó, ZSI là phù hợp hơn cho 
hệ thống lai lai xe điện (HEV) [4,5]. 
Trong những hệ thống HEV, yêu cầu điều khiển rất cao và chính xác như đáp ứng moment nhanh, 
nhấp nhô mô-men thấp ở trạng thái xác lập, khoảng tốc độ rộng và mô-men cao ở tốc độ thấp. Đó là vấn 
đề khó khăn nếu dùng những phương pháp kinh điển như voltage/Hez, định hướng từ trường và điều 
khiển mô men kinh điển, nhưng điều khiển trực tiếp mô men kinh điển (DTC) kết hợp với điều chế không 
gian véc tơ đã thành công trong [6-8]. Ngoài ra, DTC kết hợp với cải tiến của không gian véc tơ (MSVM) 
được gọi là DTC-MSVM. Trong MSVM, trạng thái trùng dẫn (STS) được sử dụng để thêm vào chuỗi 
đóng cắt của điều chế không gian véc tơ, chính trạng thái này được sử dụng để điều khiển điện áp DCV 
trong ZSI [6-8]. 
DCV trong ZSI là dạng sóng vuông quan hệ giữa điện áp đỉnh DC-link (PDV) và điện áp tụ là quan 
hệ phi tuyến [3,8]. Do đó, giá trị trung bình của DCV được điều khiển bởi điều khiển giá trị của điện áp 
đỉnh DC-link (PDV). Trong những năm gần đây, một vài nghiên cứu đã đề xuất một số phương pháp điều 
khiển như PI, mạng nơ ron được sử dụng để điều khiển PDV trong ZSI [4-8]. Tuy nhiên những phương 
pháp này vẫn còn tồn tại một số khuyết điểm như chậm thích nghi theo sự biến đổi tham số của hệ thống, 
hài dòng điện cao, tăng điện áp cưỡng bức trên các khóa, đáp ứng của PDV sẽ không tốt nếu điện áp đầu 
vào đột ngột thay đổi [5]. Do đó, nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển phù hợp cho PDV là rất quan trọng 
trong hệ thống ZSI. 
Trong hệ thống phi tuyến, tham số vận hành của hệ thống thay đổi liên tục như tham số động cơ, 
nhiễu tải và điện áp đầu vào biến đổi. Cố định độ lợi của bộ điều khiển PI sẽ không phù hợp với yêu cầu 
hiệu suất cao của hệ thống lái. Do đó, kỹ thuật điều khiển thông minh như điều khiển logic mờ (FLC), sẽ 
rất hứa hẹn trong hệ thống này. 
Điều khiển điện áp một chiều của bộ nghị h lưu ngu n Z 
247 
FLC thường được sử dụng trong những hệ thống có tham số biến đổi hoặc không dựa vào bất kỳ mô 
hình toán của hệ thống mà hệ thống vẫn được điều khiển bền vững và thích nghi với sự biến đổi tham số 
của nó. Đặc biệt, FLC cũng được sử dụng để thay đổi trực tuyến độ lợi của bộ điều khiển PI, được gọi là 
tự chỉnh định mờ (SFP) ứng dụng cho điều khiển PDV [6-8]. Tuy nhiên, những bộ điều khiển này cũng 
được nghiên cứu trong một số bài báo đã được công bố trước đây mà chưa có sự so sánh giữa những bộ 
điều khiển này với nhau để chọn ra bộ điều khiển phù hợp nhất cho PDV. 
Mặc dù nhiều tác giả nghiên cứu đề xuất bộ điều khiển mới dựa vào kỹ thuật điều khiển thích nghi 
thông minh để đối phó với sự biến đổi liên tục và không chắc chắn của những tham số trong PDV. Mục 
đích của bài báo này là đưa ra sự phân tích so sánh và đánh giá của những kỹ thuật điều khiển khác nhau 
như PI, SFP và mờ cho PDV dựa vào sự quan sát đáp ứng của nó và tổng hài dòng điện. Tất cả những 
phương pháp được ứng dụng trong vòng kín của PDV trong trong bộ nghịch lưu nguồn Z. Những phương 
pháp này được kiểm tra bởi mô phỏng dùng phần mềm matlab. 
2. PH N T CH KHÔNG GIAN VÉC TƠ VÀ BỘ NGHỊCH LƢU NGUỒN Z. 
2.1. Không gian véc tơ 
Phương pháp SVM được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điều rộng xung để chỉ số điều chế cao và 
hài dòng điện thấp [8]. Ngoài ra, với mô hình ZSI, STS được thêm vào trong mỗi chu kỳ đóng cắt của 
SVM được gọi là MSVM. Nguyên l của MSVM cũng giống nguyên l của SVM. Đặc biệt, STS của 
MSVM được ứng dụng để giải quyết những vấn đề như tăng-giảm DCV trong ZSI. Như thế sẽ giảm được 
điện áp common, không đòi hỏi thời gian chết để bảo vệ ngắn mạch ở hai khóa bất kỳ trên cùng một pha 
[3,8]. 
Trong mỗi chuỗi đóng cắt của MSVM bao gồm có 3 vector zero như V0, V7 và vector thứ 3 là STS. 
Với V1 tới V6 là 6 vector hoạt động được chỉ ra trong Hình 1a. Vref quay xung quanh từng sector của lục 
giác từ 1 đến 6, Va và Vb là 2 cạnh liên tiếp của lục giác tạo nên điện áp vector tham chiếu Vref , với (a,b) = 
(1,2); (2,3); (3,4); (4,5); (5,6) trong mỗi sector được chỉ trong Hình 1a), tương ứng. Do đó trong mỗi chu 
kỳ đóng cắt, Va và Vb kết hợp với Ta và Tb tạo ra Vref như chỉ ra trong công thức (1) như chỉ ra trong Hình 
1a và 1b, tương ứng. Thời gian shoot-through (Tsr) được tính toán như Tsr=To-T0' với T0'=Tsf-(Ta+Tb+Tsr) 
như H