Аннотация
конденсаторов и средней линии однофазного трехуровневого полупроводникового преобразователя с фиксирующими диодами. Изучение гармонического состава данных токов является важной задачей, так как это позволяет определить низкочастотные пульсации напряжения звена постоянного тока преобразователя, которые в значительной степени влияют на качество формирования переменного напряжения.
Приведенный анализ базируется на методике с использованием переключающих функций ключей и фазного тока, а также комбинаций состояний ключей преобразователя и векторной широтно-импульсной модуляции.
Получено аналитическое соотношение для гладкой составляющей тока средней линии конденсаторов, позволяющее проводить расчет его низкочастотных гармоник. В работе представлен расчет низкочастотных гармоник тока средней линии конденсаторов при различных параметрах работы преобразователя. Показано, что в режиме выравнивания напряжений на конденсаторах в токе средней линии, а следовательно, и в конденсаторах возникают вторая и четвертая гармоники. При этом чем больше фазовый угол между фазным током и напряжением, тем более значимой становится величина второй гармоники по отношению к четвертой. В качестве графического отображения изменения амплитуд второй и четвертой гармоник тока средней линии в зависимости от глубины модуляции и угла между фазным напряжением и током приведен трехмерный график.
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что наилучшим режимом с точки зрения формирования низкочастотных пульсаций напряжений на конденсаторах является режим, при котором глубина модуляции преобразователя является максимальной, а угол между фазным напряжением и током равен нулю.
Ключевые слова: многоуровневый преобразователь, векторная ШИМ, ток средней линии, комбинации состояния ключей, весовой коэффициент, образующий вектор, задающий вектор, переключающая функция
Список литературы
1. The age of multilevel converters arrives / L.G. Franquelo, J. Rodriguez,
J.I. Leon, S. Kouro, R. Portillo, M.A.M. Prats // IEEE Industrial Electronics Magazine. – 2008. – Vol. 2, iss. 2. – P. 28–39.
2. Dybko M.A., Turnaev S.S., Brovanov S.V. A power losses calculation in a four-legged three-level voltage source inverter inverter // Proceedings of International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, EDM 2009, 1–6 July, 2009, Altai, Russia. – Novosibirsk: NSTU Publ., 2009. –
P. 359–369. – doi: 10.1109/EDM.2009.5174013.
3. 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.
4. 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, 16 June 2005, PESC '05. – Recife, 2005. – P. 237–243.
5. 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 Mar 2002. – Dallas, Texas, 2002. – Vol. 2. – P. 968–974.
6. Sotoodeh P., Miller R.D. A new single-phase inverter with D-STATCOM capability for grid-connected small wind turbines // IEEE Power and Energy Conference at Illinois (PECI), 22–23 Feb. 2013. – Champaign, Illinois, 2013. –
P. 175–179.
7. 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.
8. 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. – Anaheim, California, 2004. – Vol. 3. –
P. 1682–1685.
9. A new approach for current calculation in a single-phase three-level NPC converter with space vector PWM / S.V. Brovanov, S.A. Kharitonov, M.A. Dybko, E.V. Grishanov // IEEE Region 8 International Conference on Computational Technologies in Electrical and Electronics Engineering, SIBIRCON 2010, July 11–15, 2010. – Listvyanka, Irkutsk, Russia, 2010. – Vol. 2. – P. 639–644. – doi: 10.1109/SIBIRCON.2010.5555145.
10. A new SVPWM method for single-phase three-level NPC inverter and the control method of neutral point voltage balance / Z. Zhi, X. Yun-xiang, H. Wei-ping, L. Jiang-yuan, C. Lin // International conference on Electrical Machines and Systems, ICEMS 2009, 15–18 Nov. 2009. – Tokyo, 2009. – P. 1–4.
11. Brovanov S.V., Dybko M.A., Bespalenko O.E. Analysis of conducting losses in the single-phase three-level NPC converter // 11th Annual International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM), Russia, Altai, June 30–July 4, 2010. – Novosibirsk: NSTU Publ., 2010. – P. 493–497. – doi: 10.1109/EDM.2010.5568749.
12. Mathematical models for analysis of energy quality performance in three-phase four-level NPC converters / Dybko M.A., Brovanov S.V., Geist A.V., Kostin V.U. // 11th Annual International Conference and Seminar on Micro/Nano-technologies and Electron Devices (EDM), Russia, Altai, June 30–July 4, 2010. – Novosibirsk: NSTU Publ., 2010. – P. 457–463.
13. Dybko M.A., Brovanov S.V. A new method of current calculation in power semiconductor devices of diode-clamped multilevel VSC // Proceedings of the 3rd International Youth Conference on Energetics (IYCE), 7–9 July 2011. – Leiria, 2011. – P. 272–282.
14. Brovanov S.V. Harmonic analysis and control strategy of a three-phase three-level rectifier // The International Conference on Computer as a Tool, EUROCON 2007, 9–12 Sept. 2007. – Warsaw, 2007. – P. 2749–2753. – doi: 10.1109/EURCON.2007.4400491.
15. Dybko M.A., Brovanov S.V., Kharitonov S.A. Mathematical simulation technique for power systems based on diode-clamped multilevel VSC // IEEE EUROCON 2013, 1–4 July 2013. – Zagreb, 2013. – P. 941–948. – doi: 10.1109/EUROCON.2013.6625095
