Modular Multilevel Converter (MMC) has been applied to medium and high - voltage power systems recently because it has many advantages over other multilevel converters. This paper will present the algorithms of Nearest Level Modulation (NLM) and capacitor voltage balancing to greatly reduce the switching frequency as well as producing an output voltage at the AC side with very low harmonic distortion. The experimental system for the MMC converter requires a large amount of I/O signals ports. However, Digital Signal Processor (DSP) only provides up to 24 I/O signals ports while the experimental system of the MMC converter needs more than that. In this paper, the experimental system used FPGA to embed the proposed methods and applied to an MMC with 12 Sub-Modules (SM) to generate a 13-level AC voltage waveform. In this case, FPGA is the most suitable choice to develop the control circuit for the experimental system of MMC. The effectiveness of the proposed algorithm was verified by simulations and tested using a laboratory – scale prototype.

Bài báo này trình bày việc thiết kế mô hình toán học cho mạch công suất và mạch điều khiển của bộ biến đổi đa mức MMC. Nghiên cứu tập trung vào việc mô tả toàn bộ các linh kiện điện tử của bộ biến đổi đa mức MMC bằng các công thức toán học đảm bảo đầy đủ bản chất vật lý và chức năng của các linh kiện điện tử trong hệ thống MMC. Nhờ đó, bộ biến đổi đa mức MMC có thể được mô tả dưới dạng mô hình toán học. Điều này giúp phát triển các công cụ để kiểm chứng các thuật toán điều khiển cho MMC thuận tiện hơn do việc xây dựng các mô hình thực nghiệm cũng như mô phỏng HIL của bộ biến đổi đa mức MMC gặp nhiều khó khăn do số lượng các module thành phần của bộ biến đổi đa mức lớn, vượt quá giới hạn cho phép của các thiết bị mô phỏng HIL. Quá trình xây dựng công thức toán học cho các linh kiện điện tử và toàn bộ hệ thống mạch công suất cũng như mạch điều khiển trong bài báo này được thực hiện và mô phỏng trên phần mềm LabView khi áp dụng thuật toán điều chế NLM để tạo ra các mức điện áp 2N+1 (N là số SM trong mỗi nhánh của MMC). Kết quả được so sánh với mô hình MMC hoạt động trên phần mềm Matlab với cùng kịch bản các thông số kỹ thuật để kiểm chứng hoạt động của bộ chuyển đổi MMC.

Modular Multilevel Converter là sự lựa chọn tối ưu cho hệ thống chuyển đổi điện năng cao áp và trung áp. Bài báo này trình bày phương pháp điều chế NLM cải tiến không đo tụ điện kết hợp với thuật toán điều khiển trượt SMC áp dụng cho bộ biến đổi MMC trong trường hợp biến đổi điện năng từ một chiều sang xoay chiều để hòa lưới điện cho các nguồn năng lượng tái tạo. Thuật toán SMC áp dụng cho MMC đã thể hiện được các ưu điểm vượt trội như tác động nhanh, nâng cao hiệu suất, chất lượng tốt và ổn định, khối lượng tính toán thấp. Mô hình điều khiển này là một sự lựa chọn rất phù hợp cho các lưới điện có tính ổn định về chất lượng điện áp không cao, phù hợp với các hệ thống năng lượng tái tạo kết nối lưới điện. Các kết quả mô phỏng của hệ thống trên phần mềm Matlab/Simulink đã chứng minh được tính hiệu quả của thuật toán đã đề xuất với quá trình đáp ứng tức thời, không quá độ và đặc biệt phù hợp với lưới điện yếu và không ổn định.