Điều khiển phân tán dịch mức sóng mang cho bộ biến đổi công suất liên kết dạng đa bậc trong lưới điện nhỏ dạng lai

Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 4(2):872-899
Open Access Full Text Article Bài nghiên cứu
1Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học
Bách Khoa TP.HCM, Việt Nam
2Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí
Minh, Việt Nam
Liên hệ
Phan Quốc Dũng, Khoa Điện - Điện tử,
Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, Việt Nam
Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh,
Việt Nam
Email: pqdung@hcmut.edu.vn
Lịch sử
 Ngày nhận: 30-10-2020
 Ngày chấp nhận: 11-3-2021 
 Ngày đăng: 25-4-2020
DOI : 10.32508/stdjet.v4i2.787 
Bản quyền
© ĐHQG Tp.HCM. Đây là bài báo công bố
mở được phát hành theo các điều khoản của
the Creative Commons Attribution 4.0
International license.
Điều khiển phân tán dịchmức sóngmang cho bộ biến đổi công
suất liên kết dạng đa bậc trong lưới điện nhỏ dạng lai
Phan Quốc Dũng1,2,*, Nguyễn Phú Công1,2, Trương Phước Hòa1,2, Nguyễn Đình Tuyên1,2,
Nguyễn Đức Hưng1,2, Lê An Nhuận1,2
Use your smartphone to scan this
QR code and download this article
TÓM TẮT
Các bộ biến đổi công suất liên kết là một trong những thành phần quan trọng trong hệ thống lưới
điện nhỏ dạng lai, việc nghiên cứu về cấu trúc và phương pháp điều khiển các bộ biến đổi công
suất liên kết của lưới điện nhỏ dạng lai đã được triển khai và đạt được những kết quả khả quan. Bài
báo này đề xuất phương pháp điều khiển phân tán dịch mức sóng mang cải tiến cho bộ biến đổi
công suất liên kết (IC – Interlinking Converter) đa bậc dạng MMC (Modular Multilevel Converter)
trong lưới điện nhỏ dạng lai (HMG-Hybrid Microgrid) hoạt động ở chế độ tách lưới. Mục tiêu chính
của nghiên cứu là xem xét khả năng ứng dụng phương pháp điều khiển phân tán đề xuất cho bộ
IC-MMC khi thực hiện nhiệm vụ điều khiển trao đổi công suất giữa lưới điện conmột chiều và xoay
chiều trong hệ thống HMG. Hơn nữa, phương pháp điều khiển đề xuất cho bộ IC-MMC áp dụng
cho HMG còn được kiểm chứng khả năng tái cấu trúc động khi thay đổi số lượng mô-đun khóa
công suất trong bộ MMC nhằm cải thiện độ tin cậy trong vận hành hệ thống, tăng tính linh hoạt
trong điều khiển. Bài báo còn đánh giá chất lượng điện áp ngõ ra của bộ IC-MMC đề xuất so với
bộ biến đổi công suất hai bậc. Tính khả thi của phương pháp điều khiển phân tán dịch mức sóng
mang cho bộ IC-MMC trong HMG được xác thực và kiểm nghiệm bằng mô hình mô phỏng trên
phần mềm MATLAB/ Simulink nhằm đánh giá khả năng hoạt động trao đổi công suất qua lại giữa
DC bus và AC bus.
Từ khoá: Lưới điện nhỏ dạng lai, bộ biến đổi công suất liên kết, bộ biến đổi công suất đa bậc
dạng mô-đun, điều khiển phân tán
GIỚI THIỆU
Lưới điện nhỏ dạng lai ngày càng phổ biến do tính
linh hoạt, độ tin cậy cao và dễ dàng mở rộng hoạt
động. Lưới điện nhỏ có 2 chế độ vận hành là vận
hành kết nối lưới điện và chế độ hoạt động độc lập,
các nghiên cứu gần đây tập trung nghiên cứu lưới
điện nhỏ vận hành ở chế độ hoạt động độc lập. Như
trên Hình 1, lưới điện nhỏ dạng lai có khả năng tích
hợp nhiều loại máy phát điện phân tán (DG) khác
nhau bao gồm các nguồn năng lượng tái tạo, phụ tải
và thiết bị lưu trữ năng lượng, nhằm mục đích nâng
cao hiệu quả, chất lượng, hiệu suất năng lượng. Hệ
thống HMG bao gồm các hệ thống điện xoay chiều và
một chiều và các DG được kết nối bằng các bộ biến
đổi công suất1. Việc điều khiển HMG có nhiều khó
khăn hơn điều khiển một lưới điện một chiều và xoay
chiều thuần túy, vì khi đó các DG_AC, DG_DC và
IC phải được xem xét đồng thời. Đặc biệt, IC đóng
một vai trò quan trọng trong HMG vì chúng có thể
hoạt động nhưmột bộ đệm năng lượng, trao đổi công
suất hoạt động giữa các lưới con xoay chiều và một
chiều. Cấu trúc và phương thức điều khiển các bộ
IC đã được nghiên cứu và phát triển nhằm với nhiều
mục tiêu khác nhau: giảm tổn hao công suất trao đổi,
giảm sóng hài bậc cao, giảmđộméodạng tín hiệu điều
chế, nâng cao chất lượng điện năng, dễ dàng kết nối
hệ thống cho nhu cầu khác nhau về công suất và điện
áp.2–6. Đứng trước các yêu cầu trên, xu hướng thiết
kế các bộ IC dạng MMC ngày càng được chú trọng
nghiên cứu. MMC cho phép dễ dàng trong việc thiết
kế các IC với công suất và điện áp khác nhau, đặc biệt
là các ứng dụng có điện áp hoạt động và công suất
cao. Điều này được thực hiện dễ dàng bằng cách thêm
hoặc bớt số lượng mô-đun cho các bộ IC7,8.
Các bộ MMC hiện nay được điều khiển bởi một bộ
xử lý trung tâm. Nhiệm vụ chính của bộ điều khiển
trung tâm có thể là cân bằng điện áp tụ điện, cân bằng
điện áp giữa các mô-đun, cân bằng dòng điện giữa
các pha9–11. Nếu số bậc và số pha của IC tăng lên
dẫn đến yêu cầu về số lượng mô-đun trongMMC của
IC tăng lên thì dẫn đến yêu cầu về khả năng xử lý
cũng như tốc độ của các bộ điều khiển trung tâm phải
mạnh, số lượng ngõ vào và ngõ ra phải lớn. Ngoài
ra, trong quá trình vận hành, nếu một trong các mô-
đun bị hư hỏng cần phải thay thế, hệ thống cần có
khả năng tái cấu trúc, thì bộ điều khiển trung tâm cần
Trích dẫn bài báo này: Dũng P Q, Công N P, Hòa T P, Tuyên N D, Hưng N D, Nhuận L A. Điều khiển phân 
tán dịch mức ... h 41: Đáp ứng thành phần điện áp VPCC_q của lưới AC với PAC;L = 24kW
Hình 42: Đáp ứng thành phần dòng iL_d trong hệ trục đồng bộ dq của bộ điều khiển IC với PAC;L = 24kW
893
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 4(2):872-899
Hình 43: Đáp ứng thành phần dòng iL_q trong hệ trục đồng bộ dq của bộ điều khiển IC với PAC;L = 24kW
Hình 44: Giản đồ áp pha A tại PCC của AC bus và dòng pha A từ DGAC . với PAC;L = 24kW
Hình 45: Điện áp Vab ngõ ra của IC với PAC;L = 24kW
894
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 4(2):872-899
Hình 46: Phân tích TDH điện áp Vab ngõ ra của IC MMC với PAC;L = 24kW
Hình 47: Phân tích THD điện áp Vab ngõ ra của IC - 2 bậc với PAC;L = 36kW
895
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 4(2):872-899
Hình 48: Phân tích THD điện áp Vab ngõ ra của IC 2 bậc với PAC;L = 24kW
Hình 49: Phân tích TDH điện áp Vab ngõ ra của IC 2 bậc với PAC;L = 12kW
896
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 4(2):872-899
Bảng 3: Kết quả đánh giá dạng sóng ngõ ra bộ biến đổi công suất (THD)
STT PACL=36kW PACL=24kW PACL=12kW
IC-MMC 2.56% 2.43% 2.27%
IC- 2 bậc 3.23% 2.99% 2.66%
LỜI CẢMƠN
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đại học Quốc gia
TP.HCM (VNU-HCM), trong khuôn khổ đề tài mã
số B2019-20-07.
Chúng tôi xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa,
ĐHQG-HCM đã hỗ trợ thời gian, phương tiện và cơ
sở vật chất cho nghiên cứu này.
DANHMỤC TỪ VIẾT TẮT
AC: Xoay chiều
DC: Một chiều
PCC: Điểm nối chung
IC: Bộ biến đổi công suất
DGDC : Nguồn phát một chiều
DGAC : Nguồn phát xoay chiều
HMG: Lưới điện nhỏ dạng lai
DG: Máy phát điện phân tán
MMC: Bộ biến đổi công suất đa bậc dạng mô-đun
DSA-LSC: Phương pháp điều khiển phân tán chuyển
cấp sóng mang
LCL: Bộ lọc thụ động
LBF: Bộ lọc thông thấp
PDC;L: Công suất bus DC
PAC;L: Công suất bus AC
PIC : Công suất qua bộ biến đổi liên kết
XUNGĐỘT LỢI ÍCH
Nhóm tác giả cam đoan rằng không có bất kỳ xung
đột lợi ích nào trong công bố bài báo.
ĐÓNGGÓP CỦA CÁC TÁC GIẢ
Phan Quốc Dũng đưa ra ý tưởng, phương pháp luận,
giải thuật điều khiển, tham gia viết bài và hiệu chỉnh
hoàn thiện bài báo.
Nguyễn Phú Công đảm nhận lập trình mô phỏng
phương pháp DSA-LSC cải tiến, phân tích số liệu và
tham gia viết bài.
Trương Phước Hòa, Nguyễn Đình Tuyên đảm nhận
mô hình hóa hệ thốngMMC và phân tích kết quả mô
phỏng.
Nguyễn Đức Hưng, Lê An Nhuận đảm nhận đề xuất
các kịch bản khảo sát hệ thống HMG.
TÀI LIỆU THAMKHẢO
1. Zhang Z, Jin C, Dong C, Lin P, Tang Y, Wang P. A Com-
pact Interlinking Converter Modular for Hybrid AC/DC/DSMi-
crogrids with a Decentralized Power Management Strategy,”
2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE),
Baltimore, MD, USA. 2019;p. 6320–6327. Available from: https:
//doi.org/10.1109/ECCE.2019.8912724.
2. Sahoo SK, SinhaAK, KishoreNK. Control Techniques in AC, DC,
andHybridAC-DCMicrogrid: AReview. IEEE Journal of Emerg-
ing and Selected Topics in Power Electronics. 2018;6(2):738–
759. Available from: https://doi.org/10.1109/JESTPE.2017.
2786588.
3. Lin P, Wang P, Xiao J, Jin C, Hai KL. A distributed control ar-
chitecture for hybrid AC/DC microgrid economic operation.
2018 13th IEEE Conference on Industrial Electronics and Ap-
plications (ICIEA), Wuhan. 2018;p. 690–694. Available from:
https://doi.org/10.1109/ICIEA.2018.8397802.
4. Chang J, Moon S, Lee G, Hwang P. A New Local Control
Method of Interlinking Converters to Improve Global Power
Sharing in an Islanded Hybrid AC/DC Microgrid. IEEE Transac-
tions on Energy Conversion. 2020;35(2):1014–1025. Available
from: https://doi.org/10.1109/TEC.2020.2967416.
5. Lin F, et al. AnOptimal-OrientedQuasi-Droop Control of Inter-
linking Converter in Hybrid Microgrid. 2019 IEEE Energy Con-
version Congress and Exposition (ECCE), Baltimore, MD, USA.
2019;p. 6314–6319. Available from: https://doi.org/10.1109/
ECCE.2019.8913107.
6. Kim M, et al. Selective Control Algorithm for N-Phase Switch-
ing Power Pole of 4-Leg Interlinking Converter in AC/DC Hy-
brid Microgrid,” 2019 22nd International Conference on Elec-
trical Machines and Systems (ICEMS), Harbin, China. 2019;p.
1–5. Available from: https://doi.org/10.1109/ICEMS.2019.
8922152.
7. Deng F, Chen Z. Voltage-Balancing Method for Modular Mul-
tilevel Converters Switched at Grid Frequency. IEEE Transac-
tions on Industrial Electronics. 2015;62(5):2835–2847. Avail-
able from: https://doi.org/10.1109/TIE.2014.2362881.
8. Tao H, et al. Analysis and Control of Improved MMC With
Symmetrical Super Capacitor Energy Storage System in EER
Application,” 2019 4th IEEE Workshop on the Electronic Grid
(eGRID), Xiamen, China. 2019;p. 1–7. Available from: https:
//doi.org/10.1109/eGRID48402.2019.9092628.
9. Li Z, et al. Improved Modular Multilevel Converter with Sym-
metrical Integrated Super Capacitor Energy Storage System
for Electrical Energy Router Application,” 2019 IEEE Energy
Conversion Congress and Exposition (ECCE), Baltimore, MD,
USA. 2019;p. 5365–5372. PMID: 31263896. Available from:
https://doi.org/10.1109/ECCE.2019.8913048.
10. Chen Y, et al. Design and implementation of the low compu-
tational burden phase-shifted modulation for DC-DC modu-
larmultilevel converter,. IET Power Electronics. 2016;9(2):256–
269. Available from: https://doi.org/10.1049/iet-pel.2015.0522.
11. Sallam A, et al. Interlinked hybrid microgrids with fault con-
fining capability using a novel MMC topology. 2017 IEEE Elec-
trical Power and Energy Conference (EPEC), Saskatoon, SK.
2017;p. 1–5. Available from: https://doi.org/10.1109/EPEC.
2017.8286228.
12. Xu B, et al. A Distributed Control Architecture for Cascaded H-
Bridge Converter. 2019 IEEE Applied Power Electronics Con-
ference and Exposition (APEC), Anaheim, CA, USA. 2019;p.
3032–3038.
13. Liu J, et al. A distributed control structure and synchroniza-
tion method for complex converter based on CAN. 2017 IEEE
Southern Power Electronics Conference (SPEC), Puerto Varas.
2017;p. 1–6. Available from: https://doi.org/10.1109/SPEC.
2017.8333646.
897
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 4(2):872-899
14. Xia B, et al. Decentralized Control Method for Modular Mul-
tilevel Converters. IEEE Transactions on Power Electronics.
2019;34(6):5117–5130.
15. McGrath BP, Holmes DG, KongWY. A Decentralized Controller
Architecture for a Cascaded H-Bridge Multilevel Converter.
IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2014;61(3):1169–
1178. Available from: https://doi.org/10.1109/TIE.2013.
2261032.
16. Yang S, et al. A fault-tolerant operation scheme for a mod-
ular multilevel converter with a distributed control architec-
ture. 2017 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition
(ECCE), Cincinnati, OH. 2017;p. 4163–4170. Available from:
https://doi.org/10.1109/ECCE.2017.8096722.
17. Yang S, et al. A novel distributed control strategy for modu-
lar multilevel converters. 2017 IEEE Applied Power Electronics
Conference and Exposition (APEC), Tampa, FL. 2017;p. 3234–
3240. Available from: https://doi.org/10.1109/APEC.2017.
7931160.
18. Liu J, Yao W, et al. Design and implementation of a dis-
tributed control structure for modular multilevel matrix con-
verter,” 2018 IEEE Applied Power Electronics Conference and
Exposition (APEC), San Antonio, TX. 2018;p. 1934–1939. Avail-
able from: https://doi.org/10.1109/APEC.2018.8341282.
19. Rong Y, et al. Distributed Control and Communication System
for PEBB-basedModular Power Converters,” 2019 IEEE Electric
Ship Technologies Symposium (ESTS), Washington, DC, USA.
2019;p. 627–633.
20. Poblete P, et al. DistributedCurrent Control of CascadedMulti-
level Inverters,” 2019 IEEE International Conference on Indus-
trial Technology (ICIT), Melbourne, Australia. 2019;p. 1509–
1514.
21. Rong Y, et al. Distributed Control and Communication System
for PEBB-based Modular Power Converters. 2019 IEEE Electric
Ship Technologies Symposium (ESTS), Washington, DC, USA.
2019;p. 627–633.
22. Burlacu PD, et al. Synchronization of the distributed PWM
carrier waves formodularmultilevel converters. 2014 Interna-
tional Conference onOptimization of Electrical and Electronic
Equipment (OPTIM), Bran. 2014;p. 553–559. Available from:
https://doi.org/10.1109/OPTIM.2014.6851001.
23. Huang S, et al. A new method to implement resampled uni-
form PWM suitable for distributed control of modular multi-
level converters. IECON 2013 - 39th Annual Conference of the
IEEE Industrial Electronics Society, Vienna. 2013;p. 228–233.
Available from: https://doi.org/10.1109/IECON.2013.6699140.
24. Gao H, Wang Y. On Phase Response Function Based Decen-
tralized Phase Desynchronization. IEEE Transactions on Sig-
nal Processing. 2017;65(21):5564–5577. Available from: https:
//doi.org/10.1109/TSP.2017.2733452.
25. Sinha M, et al. Decentralized Interleaving of Parallel-
connected Buck Converters. IEEE Transactions on Power Elec-
tronics. 2019;34(5):4993–5006. Available from: https://doi.
org/10.1109/TPEL.2018.2868756.
26. Dutta S, et al. Decentralized Carrier Interleaving in Cascaded
Multilevel DC-AC Converters. 2019 20thWorkshop on Control
and Modeling for Power Electronics (COMPEL), Toronto, ON,
Canada. 2019;p. 1–6. Available from: https://doi.org/10.1109/
COMPEL.2019.8769699.
27. Grégoire LA, Seleme I, et al. Real-Time Simulation of In-
terleaved Converters with Decentralized Control. ICREPQ,
Madrid. 2016;p. 15–64. Available from: https://doi.org/10.
24084/repqj14.287.
28. Gateau G, et al. Digital Decentralized Current Control for
Parallel Multiphase Converter. 2019 IEEE International Con-
ference on Industrial Technology (ICIT), Melbourne, Australia.
2019;p. 1761–1766. Available from: https://doi.org/10.1109/
ICIT.2019.8755049.
29. Phan QD, et al. Modified Decentralized Control for Mul-
tiphase Converters. 2019 10th International Conference on
Power Electronics and ECCE Asia (ICPE 2019 - ECCE Asia), Bu-
san, Korea (South). 2019;p. 1–7.
30. Gateau G, Dung PQ, Cousineau M, et al. Digital implemen-
tation of decentralized control for multilevel converter. In-
ternational Conference on System Science and Engineering
(ICSSE), Ho Chi Minh City. 2017;p. 558–562. Available from:
https://doi.org/10.1109/ICSSE.2017.8030937.
31. Cousineau XM. Modular interleaved carrier generator us-
ing a straightforward implementation method,” Electron-
ics, Control, Measurement, Signals and their application to
Mechatronics (ECMSM), IEEE 11th International Workshop of
. 2013;1(6):24–26. Available from: https://doi.org/10.1109/
ECMSM.2013.6648934.
32. Cousineau M, Xiao Z. Fully decentralized modular approach
for parallel converter control. Proc. APEC Applied Power Elec-
tronics Conf., US Long Beach, CA. 2013;p. 237–243. Available
from: https://doi.org/10.1109/APEC.2013.6520215.
33. Cousineau M, Xiao Z. Fully masterless control of parallel con-
verter. Power Electronics and Applications (EPE), 2013 15th
European Conference on. 2013;p. 1–10. Available from: https:
//doi.org/10.1109/EPE.2013.6631848.
34. Sinha M, Dörfler F, et al. Stabilizing Phase-balanced or Phase-
synchronized Trajectories of Van der Pol Oscillators in Uni-
form Electrical Networks. 2018 56th Annual Allerton Confer-
ence on Communication, Control, and Computing (Allerton),
Monticello, IL, USA. 2018;p. 335–340. Available from: https:
//doi.org/10.1109/ALLERTON.2018.8636079.
35. Phan QD, et al. Ultra-fast Decentralized Self-Aligned
Carrier Principle for Multiphase/Multilevel Convert-
ers. 2020 IEEE International Conference on Indus-
trial Technology (ICIT), Buenos Aires, Argentina.
2020;p. 517–522. PMID: 31875405. Available from:
https://doi.org/10.1109/ICIT45562.2020.9067108.
36. Loh PC, et al. Autonomous Operation of Hybrid Microgrid
With AC and DC Subgrids. IEEE Transactions on Power Elec-
tronics. 2013;28(5):2214–2223. Available from: https://doi.
org/10.1109/TPEL.2012.2214792.
37. Phan DM, Lee H. A Simple Ripple Voltage Compensation
Method in Hybrid AC-DC Microgrids. 2019 International Sym-
posium on Electrical and Electronics Engineering (ISEE), Ho
Chi Minh, Vietnam. 2019;p. 183–188. PMID: 30452426. Avail-
able from: https://doi.org/10.1109/ISEE2.2019.8921122.
898
Science & Technology Development Journal – Engineering and Technology, 4(2):872-899
Open Access Full Text Article Research Article
1Faculty of Electronics and Electrical
Enginering, Ho Chi Minh City
University of Technology (HCMUT)
2Vietnam National University Ho Chi
Minh City (VNU-HCM) Ho Chi Minh
City, Vietnam
Correspondence
Quoc Dung Phan, Faculty of Electronics
and Electrical Enginering, Ho Chi Minh
City University of Technology (HCMUT)
Vietnam National University Ho Chi Minh
City (VNU-HCM) Ho Chi Minh City,
Vietnam
Email: pqdung@hcmut.edu.vn
History
 Received: 30-10-2020 
 Accepted: 11-3-2021 
• Published: 25-4-2021
DOI : 10.32508/stdjet.v4i2.787 
Copyright
© VNU-HCM Press. This is an open-
access article distributed under the
terms of the Creative Commons
Attribution 4.0 International license.
Decentralized control of level-shifted carrier-based pwm for
modular multilevel interlinking converter in hybridmicrogrid
Quoc Dung Phan1,2,*, Phu Cong Nguyen1,2, Phuoc Hoa Truong1,2, Dinh Tuyen Nguyen1,2,
Duc Hung Nguyen1,2, An Nhuan Le1,2
Use your smartphone to scan this
QR code and download this article
ABSTRACT
The interlinking converters is one of the important components in the hybrid mirogrid system, the
study of structure and control method of the interlinking converters in hybrid mirogrid has been
implemented and achieved positive results. This paper proposes an improved decentralized con-
trol of level-shifted carrier-based PWM for a modular multilevel interlinking converter (IC-MMC) in
standalone hybrid microgrid (HMG-Hybrid Microgrid). Main research objectives is to study the ca-
pability of the decentralized control method proposed for the IC-MMC unit when performing the
power exchange control task between the DC and AC bus in the HMG system, increased flexibil-
ity in controls. Furthermore, the proposed control method for IC-MMC for HMG is also verified in
term of dynamically reconfigurationwhen changing the number ofmodules in theMMCwhen the
improve of system reliability is needed. The feasibility of the carrier level shift control method for
IC-MMC in HMG has been verified by simulation model on MATLAB/Simulink software to evaluate
the ability to exchange power between the DC bus and the AC bus.
Key words: Hybrid microgrid, interlinking converter, modular multilevel converter, decentralized
control
Cite this article : Phan Q D, Nguyen P C, Truong P H, Nguyen D T, Nguyen D H, Le A N. Decentralized 
control of level-shifted carrier-based pwm for modular multilevel interlinking converter in hybrid 
microgrid. Sci. Tech. Dev. J. – Engineering and Technology; 4(2):872-899.
899