Анализ способов модуляции напряжения активных выпрямителей на базе модульных многоуровневых конвертеров

Анализ способов модуляции напряжения активных выпрямителей на базе модульных многоуровневых конвертеров

Автор: Абдулвелеев Ильдар Равильевич, Храмшин Тимур Рифхатович, Корнилов Геннадий Петрович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power

Рубрика: Устройства аналоговой и цифровой электроники

Статья в выпуске: 3 т.15, 2015 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрены многоуровневые конвертеры на базе модульной конструкции (ММС), предназначенные для высоковольтных сетей в качестве активных выпрямителей регулируемых электроприводов переменного тока, а также статических компенсаторов реактивной мощности. Приведена структура ММС, отличительная особенность которой заключается в том, что каждая фаза содержит ряд последовательно включенных одинаковых подмодулей. Представлена типовая топология подмодуля, состоящая из конденсатора, шунтируемого встречно-параллельным соединением диода и транзистора. Рассмотрены возможные рабочие состояния подмодуля, влияющие на уровень напряжения на входных зажимах. Детально проанализированы три известных способа модуляции напряжения ММС: метод амплитудно-импульсной модуляции, метод с назначением коммутируемого подмодуля и метод сравнения с опорным напряжением. Приведено содержание высших гармоник в выходном линейном напряжении ММС для трех перечисленных способов модуляции. Показано, что в методе сравнения с опорным напряжением уровень THD напряжения на входных зажимах конвертера составляет значение порядка 4 % при частоте коммутации силовых ключей 300 Гц.

Еще

Модульный многоуровневый конвертер, способы модуляции, активный выпрямитель, высшие гармоники, искажение синусоидальности кривой

Короткий адрес: https://sciup.org/147158313

IDR: 147158313   |   DOI: 10.14529/power150304

Список литературы Анализ способов модуляции напряжения активных выпрямителей на базе модульных многоуровневых конвертеров

  • Храмшин Т.Р., Корнилов Г.П., Крубцов Д.С. и др. Способы повышения устойчивости электроприводов непрерывных производств при провалах напряжения. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». 2014. Т. 14, № 2. С. 80-87.
  • Храмшин Т.Р., Крубцов Д.С., Корнилов Г.П. Математическая модель активного выпрямителя в несимметричных режимах работы. Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2014. Т. 1, № 1. С. 3-7.
  • Hingorani N.G., Gyugi L. Understanding FACTS. Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems. New York, IEEE Press, 1999. 432 p.
  • Храмшин Т.Р., Крубцов Д.С., Корнилов Г.П. Оценка методов широтно-импульсной модуляции напряжения активных выпрямителей прокатных станов. Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. -2013. -№ 2. -С. 48-52.
  • Marquardt R. Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern. German Patent: DE10103031, 24 January 2001.
  • Lesnicar A., Marquardt R. An Innovative Modular Multilevel Converter Topology Suitable for a Wide Power Range. In Proc. Power Tech Conference, Bologna (Spain), June 2003.
  • Lesnicar A., Marquardt R. A New Modular Voltage Source Inverter Topology. Proc. Power Electronics and Applications (EPE), Toulouse (France), September 2003.
  • Siemens AG: Introduction into HVDC PLUS, 2005 : https://www.energy-portal.siemens.com.
  • Gemmell B., Dorn J., Retzmann D., Soerangr D. Prospects of Multilevel VSC Technologies for Power Transmission. Proc. Conf. Rec. IEEE TDCE, 2008, pp. 1-16.
  • Feldman R., Watson A.J., Clare J.C., Whee¬ler P.W., Trainer D. R., Crookes R.W. DC Fault Ride-through Capability and Statcom Operation of a Hybrid Voltage Source Converter Arrangement for HVDC Power Transmission and Reactive Power Compensation. Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2012), 6th IET International Conference on, Mar. 2012, pp. 1-5.
  • Храмшин Т.Р., Абдулвелеев И.Р., Корнилов Г.П. Обеспечение электромагнитной совместимости мощных электротехнических комплексов. Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2015. Т. 15, № 1. C. 82-93.
  • Храмшин Т.Р., Абдулвелеев И.Р., Корнилов Г.П. Математическая модель силовой схемы мощного СТАТКОМа. Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2015. Т. 2, № 1. -С. 38-46.
  • Храмшин Т.Р., Абдулвелеев И.Р., Корнилов Г.П. Электромагнитная совместимость мощного СТАТКОМа при несимметричных режимах работы питающей сети. Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2015. Т. 2, № 2. -С. 40-46.
  • Rohner S., Bernet S., Hiller M., Sommer R. Pulse Width Modulation Scheme for the Modular Multilevel Converter. Proc. Conf. EPE 2009. Barcelona, pp. 1-10.
  • Antonopoulos A. On the Internal Dynamics and AC-Motor Drive Application of Modular Multilevel Converters. Doctoral Thesis Stockholm, Sweden 2014. 158 p.
  • Spichartz M., Staudt V., Steimel A. Modular Multilevel Converter for Propulsion System of Electric Ships. Electric Ship Technologies Symposium (ESTS), 2013 IEEE, pp. 237-242.
  • Hagiwara M., Akagi H. Control and Experiment of Pulsewidth-Modulated Modular Multilevel Converters. IEEE Transactions On Power Electronics, July 2009, vol. 24, no. 7, pp. 1737-1746.
  • Mei J., Shen K., Xiao B., Tolbert L.M., Zheng J. A New Selective Loop Bias Mapping Phase Disposition PWM with Dynamic Voltage Balance Capability for Modular Multilevel Converter. IEEE Transactions On Industrial Electronics, February 2014, vol. 61, no. 2, pp. 798-807.
  • Solas E., Abad G., Barrena J.A., Aurtenetxea S., Cárcar A., Zajac L. Modular Multilevel Converter with Different Submodule Concepts. Part I: Capacitor Voltage Balancing Method. IEEE Transactions on Industrial Electronics, October 2013, vol. 60, no. 10, pp. 4525-4535.
  • Shi K., Shen F., Lu D., Lin P., Chen M., Xu D. A Novel Start-up Scheme for Modular Multilevel Converter. Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2012 IEEE, pp. 4180-4187.
  • Shen K., Zhao D., Mei J., Tolbert L.M., Wang J., Ban M., Ji Y., Cai X. Elimination of Harmonics in a Modular Multilevel Converter Using Particle Swarm Optimization-Based Staircase Modulation Strategy. IEEE Transactions On Industrial Electronics, October 2014, vol. 61, no. 10, pp. 5311-5322.
  • Debnath S., Qin J., Bahrani B., Saeedifard M., Barbosa P. Operation, Control, and Applications of the Modular Multilevel Converter: A Review. IEEE Transactions on Power Electronics, January 2015, vol. 30, no. 1, pp. 37-53.
  • Dahidah M.S.A., Agelidis V.G. Selective Harmonic Elimination PWM Control for Cascaded Multilevel Voltage Source Converters: A Generalized Formula. IEEE Trans. Power Electron., Jul. 2008, vol. 23, no. 4, pp. 1620-1630.
  • Deliang Wu, Li Peng. Eliminating the Influence of Capacitor Voltage Ripple on Current Control for Grid-Connected Modular Multilevel Converter. Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), March 2015 IEEE, pp. 2128-2132.
  • Adam G.P., Ahmed K.H., Finney S.J., Williams B.W. Modular Multilevel Converter for Medium-Voltage Applications. Electric Machines & Dri¬ves Conference (IEMDC), 2011 IEEE International, May 2011, pp. 1013-1018.
  • Konstantinou G., Agelidis V. Performance Evaluation of Half-Bridge Cascaded Multilevel Converters Operated with Multicarrier Sinusoidal PWM Techniques. Proc. IEEE Conf. Ind. Electron. Appl., 2009, pp. 3399-3404.
  • Kang D.-W., Lee W.-K., Hyun D.-S. Carrier-Rotation Strategy for Voltage Balancing in Flying Capacitor Multilevel Inverter. IEE Proc. Electric Power Appl., 2004, vol. 151, no. 2, pp. 239-248.
  • Jin B.-S., Lee W.-K., Kim T.-J., Kang D.-W., Hyun D.-S. A Study on the Multi-Carrier PWM Methods for Voltage Balancing of Flying Capacitor in the Flying Capacitor Multi-Level Inverter. Proc. Conf. IEEE Ind. Electron. Soc., 2005, p. 6.
  • Ilves K., Harnefors L., Norrga S., Nee H.-P. Analysis and Operation of Modular Multilevel Converters with Phase-Shifted Carrier PWM. IEEE Transactions on Power Electronics, January 2015, vol. 30, no. 1, pp. 268-283.
  • Darusl R., Konstantinoul G., Poul J., Ceballos S., Agelidisl V.G. Comparison of Phase-Shifted and Level-Shifted PWM in the Modular Multilevel Converter. Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima 2014 -ECCE-ASIA), 2014 International, pp. 3764-3770.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp