Các thông tin về phần mềm điều khiển & thuật toán điều chế (SPWM, SVPWM, v.v.) của bộ nghịch lưu UPS

Phần mềm điều khiển và thuật toán điều chế là hai thành phần then chốt. Chúng quyết định hiệu suất và độ ổn định của bộ nghịch lưu trong hệ thống UPS. Chúng đảm nhiệm việc kiểm soát dạng sóng, tần số và điện áp trong UPS online. Hãy cùng Huyndai Việt Thanh tìm hiểu kỹ hơn về bộ phận này nhé.

Cấu trúc của phần mềm điều khiển

Kiến trúc tổng quát

Gồm các phần:

• Khối xử lý trung tâm (DSP hoặc MCU)

Đây là bộ điều khiển chính. Chúng thực hiện các thuật toán điều chế, điều khiển vòng lặp điện áp/dòng điện. Chúng giám sát tín hiệu phản hồi và phát lệnh điều khiển đến khối driver.

DSP (Digital Signal Processor) được ưu tiên trong các ứng dụng yêu cầu xử lý tín hiệu nhanh và phức tạp.

• Khối thu thập tín hiệu phản hồi (Feedback Circuit)

Bao gồm các bộ cảm biến dòng điện, điện áp (hall sensor, transformer, op-amp khuếch đại), ADC (Analog to Digital Converter). Chúng chuyển đổi tín hiệu analog sang dạng số đưa về bộ xử lý.

Phản hồi này là cơ sở cho điều khiển vòng kín. Giúp hệ thống phản ứng chính xác với thay đổi tải hoặc nguồn.

• Khối phát xung điều khiển (PWM Driver)

Đây là phần mạch tạo ra xung PWM có độ rộng thay đổi. Chúng điều khiển đóng/cắt các transistor công suất như IGBT hoặc MOSFET trong mạch nghịch lưu. Tín hiệu từ DSP được khuếch đại và cách ly trước khi đến các linh kiện công suất. Từ đó đảm bảo an toàn và tính chính xác.

• Khối công suất (Power Stage)

Bao gồm cầu nghịch lưu sử dụng các IGBT/MOSFET để chuyển đổi năng lượng. Các phần tử này chịu tải dòng lớn và cần mạch điều khiển chính xác để tránh tổn hao năng lượng.

Xem thêm:

Biến áp xung trong bộ nghịch lưu của UPS

Cuộn cảm lọc trong bộ chỉnh lưu UPS

Các khối chức năng

Bộ điều khiển vòng dòng (Current Loop):

Bộ điều khiển này theo dõi và điều chỉnh dòng điện đầu ra của bộ nghịch lưu. Chúng để đảm bảo ổn định và đúng với yêu cầu tải. Cảm biến dòng điện cung cấp thông tin về dòng thực tế. Và bộ điều khiển sẽ điều chỉnh tín hiệu điều khiển để giảm sai lệch giữa dòng điện thực tế và dòng điện mong muốn.

Bộ điều khiển vòng điện áp (Voltage Loop):

Nhiệm vụ của bộ điều khiển này là duy trì điện áp đầu ra ổn định dù có sự thay đổi về. Bộ điều khiển sẽ điều chỉnh các tham số để điện áp đầu ra luôn ở mức chính xác

Bộ tạo dạng sóng tham chiếu (Reference Generator):

Bộ tạo sóng tham chiếu tạo ra tín hiệu dạng sóng điều khiển cho bộ điều khiển. Tín hiệu này giúp bộ nghịch lưu duy trì dạng sóng chuẩn. Giảm thiểu sự biến dạng sóng và đảm bảo hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối ưu.

Bộ phát xung điều chế (PWM/SVPWM Generator):

Bộ phát xung điều chế sử dụng các kỹ thuật như PWM (Pulse Width Modulation) hoặc SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation). Chúng để tạo ra tín hiệu xung điều khiển cho các công tắc điện tử trong bộ nghịch lưu.

Các thuật toán điều chế được sử dụng

• SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation)

Nguyên lý hoạt động:

SPWM là kỹ thuật điều chế truyền thống sử dụng sóng sin tham chiếu và sóng tam giác mang để tạo ra các xung PWM. Khi sóng sin có giá trị lớn hơn sóng tam giác, xung điều khiển sẽ ở mức cao. Nhờ đó, dạng sóng điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu mô phỏng gần giống sóng sin.

Ưu điểm và hạn chế:

Cấu trúc điều khiển đơn giản, dễ triển khai. Phù hợp với các bộ nghịch lưu công suất vừa và nhỏ.

• SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation)

Cơ chế tạo vector không gian:

SVPWM xây dựng các xung điều khiển dựa trên mô hình vector không gian trong hệ tọa độ α-β. Phương pháp này sử dụng 8 trạng thái chuyển mạch của biến tần để tạo ra vector điện áp tổng hợp gần nhất với vector điện áp tham chiếu trong từng khoảng thời gian điều chế.

Ưu điểm:

Nâng cao hiệu suất chuyển đổi nhờ sử dụng tối ưu các trạng thái chuyển mạch.

Giảm độ méo hài tổng (THD). Tạo ra dạng sóng đầu ra mịn và gần với sóng sin lý tưởng hơn SPWM.

Tăng biên độ điện áp đầu ra lên khoảng 15% so với SPWM. Giúp cải thiện công suất và khả năng chịu tải của bộ nghịch lưu.

Tối ưu hoá phần mềm điều khiển trong thực tế

Để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy, phần mềm điều khiển cần được tối ưu hóa theo:

• Chiến lược bù tải phi tuyến và tải biến thiên

Tải phi tuyến (như máy tính, bộ nguồn xung…) gây ra sóng hài và méo dạng sóng đầu ra. Trong khi tải biến thiên nhanh dễ khiến bộ điều khiển phản ứng chậm.

Phần mềm điều khiển hiện đại sử dụng các thuật toán bù. Từ đó nhận diện đặc tính tải theo thời gian thực và điều chỉnh tín hiệu điều khiển. Giúp duy trì chất lượng điện áp và dòng điện ổn định.

• Ứng dụng bộ lọc Kalman hoặc thuật toán thích nghi (Adaptive Control)

Bộ lọc Kalman được sử dụng để lọc nhiễu và ước lượng các tín hiệu trạng thái. Như dòng điện, điện áp trong điều kiện đo lường không lý tưởng.

Ngoài ra, thuật toán điều khiển thích nghi có khả năng điều chỉnh tham số điều khiển theo thời gian thực. Phù hợp với sự thay đổi của tải và điều kiện môi trường. Giúp nâng cao độ ổn định và hiệu quả hoạt động của UPS.

• Giảm độ trễ và tăng tốc độ phản hồi bằng thuật toán số

Việc sử dụng các thuật toán số tối ưu giúp giảm độ trễ xử lý và tăng tốc độ phản hồi. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống yêu cầu thời gian thực.

 

Nếu bạn cần thông tin thêm về UPS, hãy liên hệ hotline 0359.375.112 để được hỗ trợ