Mô phỏng và phân tích nghịch lưu cầu h nhằm nâng cao chất lượng điện năng dùng nguồn năng lượng mặt trời

) 
Trong đó:  =


=


 là số xung trong nửa chu kỳ với 
0 ≤ m ≤ 1 và 0 ≤ δπ/p. Do đó, VAB suy ra từ (3) như sau: 
  = 


 (4) 
Điện áp đầu ra tức thời có thể được biểu thị trong chuỗi 
Fourier: 
 () =


+ ∑  () +  ()

 (5) 
Theo phương trình 5, do sự đối xứng dạng sóng theo 
thời gian, cả a0 và an đều bằng 0. Do đó bn thu được là: 
  = ∑





(  ( +


)
− ( +  +


))
 (6) 
Với giá trị của bn từ phương trình (6), phương trình (5) có 
thể được viết lại với dạng: 
 () = ∑





(),,... (7) 
Do đó, dòng điện tức thời thông qua tải điện trở được 
cho bởi: 
()= ∑







(),,... (8) 
Khi tải có tính chất điện cảm R-L thì dòng điện tải iL lệch 
pha so với điện áp. Trong trường hợp này các diode trích 
năng lượng tích lũy ở tải trong các khoảng thời gian khi 
dòng điện tải ngược chiều với điện áp. Do đó, với tải R-L thì 
dòng tải ra iL được biểu thị bằng: 
()= ∑

()





( − )

,,... (9) 
Với:  = (


) (10) 
Để xác định chất lượng tín hiệu đầu ra, chúng tôi đã tính 
tổng độ méo sóng hài (THD) của tín hiệu: 
  = 
∑ 



 .100% (11) 
Vi: Giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp bậc i và N là 
bậc cao nhất của sóng hài cần đánh giá; 
V1: Giá trị hiệu dụng của của điện áp tại bậc cơ bản (tần 
số 50Hz). 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số 2 (4/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 24
KHOA HỌC P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CỦA BỘ BIẾN ĐỔI DC/AC CẦU H 
Mô phỏng bộ biến đổi DC/AC được thực hiện với phần 
mềm PSIM Professional. Sơ đồ mô phỏng được thể hiện 
trong hình 4. 
Hình 4. Sơ đồ mô phỏng của bộ biến đổi DC/AC cầu H thực hiện bằng phần 
mềm mô phỏng PSIM 
 Phần bên trái của sơ đồ là mạch so sánh. Nó bao gồm 
một bộ so sánh của tín hiệu sóng mang hình tam giác với 
tín hiệu điều chế sóng hình sin. Bằng cách đảo ngược đầu 
ra của bộ so sánh, chúng ta có được bốn tín hiệu điều khiển 
IGBT. Phần bên phải là mạch điện được tạo thành bởi bốn 
IGBT. Bộ cầu biến đổi này được cấp nguồn trực tiếp bởi pin 
năng lượng mặt trời. Trong mô phỏng, các tham số đầu 
vào là của mô hình pin mặt trời LG 295S1C–A5 trong điều 
kiện tiêu chuẩn STC 1000W/m², 25°C: dòng điện ngắn mạch 
Isc = 10,02A và điện áp hở mạch Voc = 38,60 V. Nhóm tác giả 
đã kiểm tra mạch bằng cách sử dụng hai giá trị của chỉ số 
điều chế (m = 9 và m = 27) cho hai loại tải: tải thuần trở 
(R = 33Ω) và tải tính cảm (R = 33Ω và L = 1,2mH). Cả hai giá 
trị của chỉ số điều chế đã được chọn để đáp ứng điều kiện 
cần thiết cho phép loại bỏ các hài bậc lẻ trong tín hiệu 
phản hồi, như được khuyến nghị bởi Gusia [28], để đạt 
được độ méo sóng hài thấp. 
Điện áp tải, dòng tải với thời gian và phản ứng phổ 
tương ứng của nó lần lượt được thể hiện trong hình 5 và 
hình 6 với m = 9 và m = 27. Nhận thấy rằng, đối với chỉ số 
m = 9 (hình 5a), dạng sóng tín hiệu đầu ra có dạng giống 
như điều khiển tín hiệu và tần số sóng hài đầu tiên khác xa 
tần số sóng mang 450Hz thu được từ biểu thức 2 (9 x 50 = 
450Hz). Tuy nhiên, ở tần số này, khó có thể một mạch phù 
hợp để lọc sóng hài được tạo ra [26]. Mặt khác, khi quan sát 
trong hình 5b với tải có tính điện cảm 1,2mH, sóng hài thứ 
ba và bội số của nó tồn tại xa hơn trong phản ứng phổ và 
chủ yếu là điều hòa sóng hài ở 450Hz. 
a) Điện áp ra tương ứng m = 9 
b) Cường độ dòng điện ra tương ứng m = 9 
Hình 5. Điện áp tải, dòng điện tải và dạng phản ứng phổ tương ứng m = 9 
a) Điện áp ra tương ứng m = 27 
b) Cường độ dòng điện ra tương ứng m = 27 
Hình 6. Tín hiệu điện áp, dòng điện đầu ra và dạng đáp ứng phổ tương ứng 
m = 27 
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 56 - No. 2 (Apr 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 25
Khi chúng ta sử dụng chỉ số m = 27 (hình 6a), các sóng 
hài bị loại bỏ nhiều hơn so với tần số ở mức 1350Hz. Ở tần 
số này, việc lọc các sóng hài trở nên dễ dàng hơn nhiều chỉ 
bằng cách ghép nối thêm một cuộn cảm với giá trị phù hợp 
ở đầu ra bộ biến đổi. Hình 6b cho thấy các sóng hài thứ tự 
lẻ được loại bỏ hoàn toàn khi ghép thêm một cuộn cảm có 
L = 1,2mH [28,29] ngoại trừ một sóng dư bị hoãn lại ở tần 
số 1,35kHz, khi chỉ số điều chế bằng 27. Nhóm tác giả đã 
thực hiện bộ biến đổi cho phép xác nhận các kết quả mô 
phỏng này. Kết quả này được trình bày trong phần sau. 
4. THỰC HIỆN MẠCH CẦU H 
Một triển khai thực tế của một nguyên mẫu bộ DC/AC 
đã được phát triển trong phòng thí nghiệm của chúng tôi, 
được sử dụng để xác nhận mô phỏng kết quả và để chỉ ra 
bằng thực nghiệm ảnh hưởng của sóng hài đến hoạt động 
của nguồn phát. Sơ đồ khái quát của bộ biến đổi được thể 
hiện trong hình 7a và mạch điện tử tương ứng của nó trong 
hình 7b. 
Nguồn cấp
Mạch 
tạo xung
Mạch 
cách ly
Mạch 
biến đổi
 a) 
 b) 
Hình 7. a) Sơ đồ khối thực hiện, 
 b) Hình ảnh thiết kế của bộ DC/AC quang điện 
Khối tạo xung: PIC18F4431 
Ghép quang: HCPL3120 
Nguồn cấp: LG 295S1C – A5 
Bộ nghịch lưu: IJBT đơn FB6R06VL4 
Các thử nghiệm tương tự, với cùng tham số so với các 
tham số được sử dụng trong phần mô phỏng được phát 
triển với phần cứng mạch của nguyên mẫu. Do đó, trong 
giai đoạn thử nghiệm, chúng tôi cho điện áp tải và dòng 
điện theo thời gian và phản ứng phổ tương ứng của chúng 
trong hình 8 với m = 27. Theo hình 8, hình dạng của tín 
hiệu hiện tại gần với một sóng hình sin. 
Hình 8. Tín hiệu điện áp, dòng điện đầu ra và dạng đáp ứng phổ tương ứng 
m = 27 
Chúng tôi đã xác nhận rằng dạng sóng điện áp đầu ra 
có tổng độ méo sóng hài thấp hơn khi tần số chuyển đổi 
được chọn ở giá trị cao. Ngoài ra, chúng tôi quan sát thấy 
rằng tỷ lệ tần số lẻ đảm bảo tính đối xứng của dạng sóng 
đầu ra. Do đó, tất cả các sóng hài bậc chẵn được loại bỏ, có 
tác dụng để cải thiện THD phải < 2% [34]. Kết quả thực 
nghiệm chỉ ra, khi m = 27, (THD = 0,37% trong mô phỏng) 
THD = 1,92%. Sự khác biệt giữa kết quả mô phỏng và thử 
nghiệm có thể đến từ việc sử dụng nguồn cấp năng lượng 
là nguồn pin thay vì mô hình pin mặt trời trong PSIM. 
Các thử nghiệm cũng cho thấy sự gia tăng của các sóng 
hài cơ bản khi tăng "m". Tuy nhiên, việc lựa chọn công tắc 
có liên quan chặt chẽ với m vì việc chuyển đổi công suất 
cao ở tần số cao thường đưa ra giới hạn về công nghệ [32]. 
Thường phải lựa chọn việc chuyển đổi công suất cao ở tần 
số cao với chất lượng tín hiệu đầu ra và tổng méo sóng hài 
của nó [32,33]. 
5. KẾT LUẬN 
Trong bài báo này, chúng tôi đã tiếp cận thực tế để cải 
thiện chất lượng tín hiệu điện được sản xuất bởi một pin 
quang điện. Chúng tôi đã phát triển một bộ DC/AC dựa 
trên cấu trúc cầu. Chúng tôi đã mô phỏng bộ biến đổi cầu 
đầy đủ được điều khiển bởi tín hiệu PWM lưỡng cực và so 
sánh hình dạng của điện áp đầu ra và dòng điện với những 
kết quả có được bằng thực nghiệm với một nguyên mẫu. 
Kết quả so sánh thử nghiệm và mô phỏng cho thấy rằng 
việc điều khiển bộ biến đổi bằng phương pháp PWM lưỡng 
cực giúp cải thiện rất tốt chất lượng của tín hiệu đầu ra. Với 
sự đóng góp này, chúng tôi đã chỉ ra rằng sự gia tăng chỉ số 
điều chế của tín hiệu PWM cho phép dùng mạch lọc đơn 
giản do các sóng hài đã bị loại bỏ khỏi tần số cơ bản. 
Chúng tôi dự định mở rộng hơn nữa phạm vi của nghiên 
cứu này trong tương lai bằng cách sử dụng điều khiển 
PWM này trong một vòng lái gần hệ thống, bao gồm một 
bộ theo dõi điểm công suất tối đa để cải thiện chất lượng 
của công suất đầu ra trong trường hợp nguồn cấp không 
ổn định (sản xuất năng lượng trong trường hợp bóng râm). 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số 2 (4/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 26
KHOA HỌC P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. A. Guechi, M. Chegaar and M. Aillerie, 2012. Environmental effects on the 
performance of Nano-crystalline silicon solar cells. Energy Procedia18, 1611 –1623. 
[2]. T.Z. Al-Tayyar, N.A. Salman, 2014. Impact of Variability in the Current 
Density on the Porous Silicon Characteristics. Energy Procedia 50, 488 –493. 
[3]. C.H. Hsu, E. Yi Chang, H.J. Chang, J.S. Maa, K. Pande, 2015. The reliability 
study of III–V solar cell with copper based contacts. Solid-State Electronics 114, 
174–177. 
[4]. M. Theristis, T.S. O’Donovan, 2015. Electrical-thermal analysis of III–V 
triple-junction solar cells under variable spectra and ambient temperatures. Solar 
Energy 118, 533–546. 
[5]. P. Petit, A. Zegaoui, M. Aillerie, J.P. Sawicki, J.P. Charles, 2012. The 
Transistor based Direct and Reverse Mode model for photovoltaic strings and 
panels. Energy Procedia 18, 1240 –1246. 
[6]. K. Hemici, A. Zegaoui, A.A. Bokhtache, M.O. Mahmoudi, M. Aillerie, 
2016. Three-Phases Flying-Capacitor Multilevel Inverter with Proportional Natural 
PWM Control. Energy Procedia 74, 1061 –1070. 
[7]. J. Sidawi, R. Habchi, N. Abboud, A. Jaafar, F. Al Allouch, G. El Haj Moussa, 
M. Aillerie, P. Petit, A. Zegaoui, C. Salame, 2011. The effect of reverse current on 
the dark properties of photovoltaic solar modules. Energy Procedia 6, 743–749. 
[8]. P. Petit, A. Zgaoui, J.P. Sawicki, M. Aillerie, J.P. Charles, 2011. New 
architecture for high efficiency DC-DC converter dedicated to photovoltaic 
conversion. Energy Procedia 6, 688–694. 
[9]. P. Petit, M. Aillerie, J.P. Sawicki, J.P. Charles, 2012. Push-pull converter 
for high efficiency photovoltaic conversion. Energy Procedia 18, 1583 –1592. 
[10]. P. Petit, M. Aillerie, J.P. Sawicki, T.V. Nguyen, J.P. Charles, 2014. 
Individual Step-up Converter with Active Recovery Stage for High Efficiency 
Conversion of Photovoltaic Energy. Energy Procedia 50, 479 –487. 
[11]. A. Bedia, F.Z. Bedia, M. Aillerie, N. Maloufi, B. Benyoucef, 2015. 
Morphological and Optical properties of ZnO thin films prepared by spray 
pyrolysis on glass substrates at various temperatures for integration in solar cell. 
Energy Procedia 74, 529 –538. 
[12]. Z. Xiao, Y. Yuan, Q. Wang, Y. Shao, Y. Bai, Y. Deng, Q. Dong, M. Hu, C. 
Bi, J. Huang, 2016. Thin-film semiconductor perspective of organo-metal trihalide 
perovskite materials for high-efficiency solar cells. Materials Science & 
EngineeringR 101, 1–38. 
[13]. R.I. Rabady, 2014. Optimized multi-junction photovoltaic solar cells for 
terrestrial applications. Solar Energy 106, 72–81. 
[14]. M. Moczała, N. Sosa, A. Topol, T. Gotszalk, 2014. Investigation of multi-
junction solar cells using electrostatic force microscopy methods. Ultramicroscopy 
141, 1–8. 
[15]. F. Bougiatioti, A. Michael, 2015. The architectural integration of active 
solar systems. Building applications in the Eastern Mediterranean region. 
Renewable and Sustainable Energy Reviews 47, 966–982. 
[16]. A. Zegaoui, M. Aillerie, P. Petit, J.P. Sawicki, A. Jaafar, C. Salame and 
J.P. Charles, 2011. Comparison of Two Common Maximum Power Point Trackers by 
Simulating of PV Generators. Energy Procedia 6, 678–687. 
[17]. A. Zegaoui, M. Aillerie, P. Petit, J.P. Sawicki, J.P. Charles, A.W. Belarbi, 
2011. Dynamic behavior of PV generator trackers under irradiation and 
temperature changes. Solar Energy 85, 2953–2964. 
[18]. B. Bendib, F. Krim, H. Belmili, M.F. Almi, S. Boulouma, 2014. Advanced 
Fuzzy MPPT Controller for a stand-alone PV system. International Conference on 
Technologies and Materials for Renewable Energy, Environment and 
Sustainability, TMREES14, Energy Procedia 50, 383 –392. 
[19]. S. Thamizharasan, J. Baskaran, S. Ramkumar, S. Jeevananthan, 2013. A 
new dual bridge multilevel dc-link inverter topology. Electrical Power and Energy 
Systems 45, 376–383. 
[20]. L. Kumar, S. Jain, 2013. A multiple source DC/DC converter topology. 
Electrical Power and Energy Systems 51, 278–291. 
[21]. B. Gaiddon, T. Tran-Quoc, S. Bacha, C. Duvauchelle, 2010. Projet ESPRIT 
- Typologie des onduleurs pour systèmes photovoltaïques. Etudes Scientifiques 
Prénormatives Sur Le Raccordement Au Réseau Electrique D’Installations 
Techniques Photovoltaïques, Décembre 2010. 
[22]. M. Arab, A. Zegaoui, H. Allouache, M. Kellal, P. Petit, M. Aillerie, 2014. 
Micro-controlled Pulse Width Modulator Inverter for Renewable Energy Generators. 
Energy Procedia 50, 832 –840. 
[23]. Y. Pankow, 2004. Etude de l’intégration de la production décentralisée 
dans un réseau Basse tension. Application au générateur photovoltaïque. Thèse de 
doctorat, CNRT Lille-France. 
[24]. M. Adouane, M. Haddadi, A. Malek et M. Hadjiat, 2009. Etude et 
conception d’un onduleur monophasé autonome géré par microcontrôleur PIC 
16F876A. Revue des Energies Renouvelables Vol. 12 N°4, 543 –550. 
[25]. A Qazalbash, A Amin, A Manan, M Khalid, 2009. Design and 
implementation of microcontroller based PWM technique for sine wave inverter. 
International Conference on power Engineering Energy and Electrical Drives, P 
163-167, IEEE. 
[26]. S.M Islam, G.M Sharif, 2009. Microcontroller based sinusoidal PWM 
inverter for photovoltaic application. First International Conference development 
in renewable energy technology, p 1-4, IEEE. 
[27]. A. Namboodiri, S. Wani, 2014. Unipolar and Bipolar PWM Inverter. 
IJIRST -International Journal for Innovative Research in Science & Technology 
Volume 1 Issue 7. 
[28]. S. Gusia, 2005. Modélisation des Systèmes Electroniques de Puissance à 
Commande MLI’. Thèse de doctorat, Université catholique de Louvain, Bruxelles, 
Belgique. 
[29]. Y. Jiang and J. Pan, 2009. Single phase full bridge inverter with coupled filter 
inductors and voltage doubler for PV module integrated converter system. Bulletin of 
The Polish Academy of Sciences Technical SciencesVol. 57, No. 4, 030048-9. 
[30]. T. M. Chau Le 2012. Couplage onduleurs photovoltaïques et réseau, 
aspects contrôle/commande et rejet de perturbations. Thèse dedoctorat, Université 
de Grenoble. 
[31]. V.R. Moorthi, 2007. Power Electronics: Devices, Circuits and Industrial 
Applications. Oxford University Press. 
[32]. M. H. Rashid, 2004. Power Electronics: Circuits, Devices and Applications. 
3rd edition, Pearson. 
[33]. O. Lopez-Santos, 2015. Contribution to the DC-AC conversion in 
photovoltaic systems: Module oriented converters. Thèse de Doctorat, Institut 
National des Sciences Appliquées de Toulouse. 
[34]. Thông tư số 39/2015/TT-BCT của Bộ trưởng Bộ Công Thương Quy định 
hệ thống điện phân phối. 
[35]. P. Manimekalai, R. Harikumar, R. Rajasekaran, 2015. H-Bridge Inverter 
with Sinusoidal Pulse Width Modulation Technique using Unipolar switching for PV 
applcations. International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973-
4562 Volume 10, Number 13. 
AUTHORS INFORMATION 
Nguyen The Vinh1, Tran Thi Thom1, Vo Thanh Vinh2 
1Quang Ninh University of Industry 
2Dong Thap University