ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Аннотация
Многоуровневые преобразователи находят свое применение во многих областях электроэнергетики и электротехники. При этом качество преобразования электрической энергии в данных преобразователях во многом зависит от способа реализации широтно-импульсной модуляции (ШИМ) – скалярной или векторной. Выбор способа ШИМ во многом основывается на субъективных оценках разработчиков. В этой связи возникает необходимость проведения формального анализа и выявления взаимосвязи между скалярной и векторной ШИМ. Можно отметить, что данной задаче посвящены работы отечественных и зарубежных авторов, однако они направлены на исследование ШИМ для трехфазных многоуровневых схем. Отмечая актуальность применения однофазных многоуровневых преобразователей, авторы ставят перед собой цель – выявление взаимосвязи скалярной и векторной ШИМ в однофазных многоуровневых полупроводниковых преобразователях с фиксирующими диодами. В представленной работе проводится сопоставительный анализ и выявляется взаимосвязь между скалярной и векторной ШИМ для однофазных многоуровневых преобразователей с фиксирующими диодами. Определяются критерии данной взаимосвязи. Для подтверждения результатов был проведен синтез напряжений для фазных стоек однофазного трехуровневого преобразователя для скалярной и векторной ШИМ соответственно. Синтез проводился с использованием программного обеспечения Mathcad и выявленных критериев взаимосвязи. Полученные при этом результаты показали полное соответствие двух видов ШИМ.

Список литературы

1. Nabae A., Takahashi I., Akagi H. New neutral-point-clamped PWM inverter // IEEE IAS Annual Meeting Record. – 1980. – Vol. 2. – P. 761–766. – doi: 10.1109/TIA.1981.4503992.
2. Dieckerhoff S., Bernet S., Krug D. Power loss-oriented evaluation of high voltage IGBTs and multilevel converters in transformerless traction applications // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2005. – Vol. 20, iss. 6. – P. 1328–1336. – doi: 10.1109/TPEL.2005.857534.
3. Rahmani S., Al-Haddad K. A single phase multilevel hybrid power filter for electrified railway applications // IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 9–13 July 2006. – Montreal, Quebec, 2006. – Vol. 2. – P. 925–930. – doi: 10.1109/ISIE.2006.295759.
4. Tan P.C., Loh P.C., Holmes D.G. A robust multilevel hybrid compensation system for 25-kV electrified railway applications // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2004. – Vol. 19, iss. 4. – P. 1043–1052. – doi: 10.1109/TPEL.2004.830038.
5. Hinago Y., Koizumi H. A single-phase multilevel inverter using switched series/parallel dc voltage sources // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2010. – Vol. 57, iss. 8. – P. 2643–2650. – doi: 10.1109/TIE.2009.2030204.
6. A new single-phase HF-link multilevel inverter / J. Beristаin, J. Bordonau, O. Raventуs, J. Rocabert, S. Busquets, M. Mata // IEEE 36th Power Electronics Specialists Conference PESC'05, 16 June 2005. – Recife, 2005. – P. 237–243. – doi: 10.1109/PESC.2005.1581630.
7. A new single-phase multilevel current-source inverter / Y. Xiong, D. Chen, S. Deng, Z. Zhang // Nineteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition APEC '04, 22–26 Feb. 2004. – Anaheim, California, USA, 2004. – Vol. 3. – P. 1682–1685. – doi: 10.1109/APEC.2004.1296091.
8. Adabi J., Soltani H., Zare F. A pulse width modulation technique for a multilevel converter in high voltage high frequency applications // 13th Power Electronics and Motion Control Conference, EPE–PEMC 2008, 1–3 Sept. 2008. – Poznan, 2008. – P. 718–722. – doi: 10.1109/EPEPEMC.2008.4635350.
9. Hybrid control scheme for a single-phase shunt active power filter based on multilevel cascaded inverter / Н. Miranda, V. Cardenas, G. Sandoval, G. Espinosa-Perez // IEEE Power Electronics Specialists Conference, PESC 2007, 17–21 June 2007. – Orlando, Florida, 2007. – P. 1176–1181. – doi: 10.1109/PESC.2007.4342159.
10. An active power filter implemented with multilevel single-phase NPC converters / P. Acuna, L. Moran, C. Weishaupt, J. Dixon // IECON 2011 – 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, 7–10 Nov. 2011. – Melbourne, Victoria, 2011. – P. 4367–4372. – doi: 10.1109/IECON.2011.6120027.
11. An active power filter implemented with a three-level NPC voltage-source inverter / V. Aburto, L. Moran, M. Schneider, J. Dixon // 28th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference, 22–27 June 1997, PESC'97 Record. – St. Louis, Missouri, 1997. – Vol. 2. – P. 1121–1126. – doi: 10.1109/PESC.1997.616889.
12. Narimani M., Moschopoulos G. A new single-phase single-stage three-level power factor correction AC–DC converter // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2012. – Vol. 27, iss. 6. – P. 2888–2899. – doi: 10.1109/TPEL.2011.2174256.
13. Wu H., He X. A novel single phase three-level power factor correction with passive lossless snubber // Seventeenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC 2002, 10–14 March 2002. – Dallas, Texas, 2002. – Vol. 2. – P. 968–974. – doi: 10.1109/APEC.2002.989362.
14. Antunes V.M.E., Pires V.F., Silva J.F.A. Narrow pulse elimination PWM for multilevel digital audio power amplifiers using two cascaded H-bridges as a nine-level converter // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2007. – Vol. 22, iss. 2. – P. 425–434. – doi: 10.1109/TPEL.2006.889912.
15. Sotoodeh P., Miller R.D. A new single-phase inverter with D-STATCOM capability for grid-connected small wind turbines // Power and Energy Conference at Illinois PECI 2013, 22–23 Febr. 2013. – Champaign, Illinois, 2013. – P. 175–179. – doi: 10.1109/PECI.2013.6506054.
16. Rodríguez J., Lai J.-S., Peng F.Z. Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2002. – Vol. 49, iss. 4. – P. 724–738. – doi: 10.1109/TIE.2002.801052.
17. Burger B., Kranzer D. Extreme high efficiency PV-power converters // 13th European Conference on Power Electronics and Applications, EPE'09, 8–10 Sept. 2009. – Barcelona, 2009. – P. 1–13.
18. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. – Екатеринбург: УРО РАН, 2000. – 654 с.
19. Брованов С.В., Харитонов С.А. Однофазный многоуровневый выпрямитель с улучшенным гармоническим спектром входного тока // Силовая интеллектуальная электроника. – 2008. – № 3 (9). – C. 27–32.
20. Zhou K., Wang D. Relationship between space-vector modulation and three-phase carrierbased PWM: a comprehensive analysis // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2002. – Vol. 49, iss. 1. – P. 186–196. – doi: 10.1109/41.982262.
21. Sidney R., Bowes R., Lai Y.-S. The relationship between space-vector modulation and regularsampled PWM // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 1997. – Vol. 44, iss. 5. – P. 670–679. – doi: 10.1109/41.633469.
22. Holmes D.G. The general relationship between regular-sampled pulse-width-modulation and space vector modulation for hard switched converters // Conference Record of the IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 4–9 Oct. 1992. – Houston, Texas, 1992. – Vol. 1. – P. 1002–1009. – doi: 10.1109/IAS.1992.244437.
23. Holmes D.G. The significance of zero space vector placement for carrier-based PWM schemes // IEEE Transactions on Industry Applications. – 1996. – Vol. 32, iss. 5. – P. 1122–1129. – doi: 10.1109/28.536874.
24. Wang F. Sine-triangle versus space-vector modulation for three-level PWM voltage-source inverters // IEEE Transactions on Industry Applications. – 2002. – Vol. 38, iss. 2. – P. 500–506. – doi: 10.1109/28.993172.
25. Yao W., Hu H., Lu Z. Comparisons of space-vector modulation and carrier-based modulation of multilevel inverter // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2008. – Vol. 23, iss. 1. – P. 45–51. – doi: 10.1109/TPEL.2007.911865.
26. A new approach for current calculation in a single-phase three-level NPC converter with space vector PWM / S. Brovanov, S. Kharitonov, M. Dybko, E. Grishanov // IEEE Region 8 International Conference Computational Technologies in Electrical and Electronics Engineering (SIBIRCON), Listvyanka, 11–15 July 2010. – Irkutsk, 2010. – P. 639–644. – doi: 10.1109/SIBIRCON.2010.5555145.