СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Аннотация
Данная работа посвящена сравнению способов баланса напряжений на конденсаторах  в однофазном трехуровневом полупроводниковом преобразователе с фиксирующими диодами при реализации различных видов широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Основными видами ШИМ, используемыми в силовых преобразователях, являются векторная и скалярная, каждая из которых имеет ряд характерных свойств. Особенностью многоуровневых схем преобразователей является возможность разбаланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока (ЗПТ). При этом от вида используемой ШИМ во многом зависит скорость сведения напряжений на конденсаторах преобразователя. Представленная работа ставит перед собой задачу выявить скоростные показатели обеспечения выравнивания напряжений на конденсаторах ЗПТ однофазного трехуровневого преобразователя при различных видах ШИМ.

В работе предложена методика, позволяющая провести сравнение способов баланса напряжения на конденсаторах ЗПТ в однофазном трехуровневом преобразователе. Данная методика предполагает разделение периода выходного напряжения преобразователя при инверторной схеме преобразователя или периода питающей сети при выпрямительной схеме преобразователя на интервалы, за время действия которых определяются приращения напряжений на конденсаторах ЗПТ. В дальнейшем происходит процесс суммирования данных напряжений по интервалам. Скорость баланса напряжений на конденсаторах звена постоянного тока определяется величинами приращения напряжений на конденсаторах до необходимого уровня за период времени.

В результате были получены скоростные показатели по устранению разбаланса напряжений на конденсаторах в однофазном трехуровневом преобразователе при различных видах ШИМ.

Все теоретические выкладки были проверены математическим моделированием в ПО MathCAD, а также имитационным моделированием в ПО Psim.

 

Список литературы
1. 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.

2. 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, Brazilia, 2005. – P. 237–243. – doi: 10.1109/PESC.2005.1581630.

3. 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

4. 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 2013),

22-23 February 2013. – Champaign, Illinois, 2013. – P. 175–179. – doi: 10.1109/PECI.2013.6506054.

5. 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.

6. 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.

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, Anaheim, California, 22–26 February 2004. – Piscataway, New Jersey: IEEE 2004. – Vol. 3. – P. 1682–1685. – doi: 10.1109/APEC.2004.1296091.

8. An active power filter implemented with multilevel single-phase NPC converters / P. Acuna, L. Moran, C. Weishaupt, J. Dixon // 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, IECON 2011, 7–10 November 2011. – Melbourne, Victoria, 2011. – P. 4367–4372. – doi: 10.1109/IECON.2011.6120027.

9. An active power filter implemented with a three-level NPC voltage-source inverter / V. Aburto, M. Schneider, L. Moran, J. Dixon // 28th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference, PESC'97 Record, 22–27 June 1997. – Saint Louis, Missouri, 1997. – Vol. 2. – P. 1121–1126. – doi: 10.1109/PESC.1997.616889.

10. Analysis on voltage unbalance between the inner and outer devices in three level IGBT converters / Z.-Y. Zhao, C.-J. Zhan, Y. Han, T. Xie, L.-B. Zhao // Proceedings of the IEEE 1999 International Conference on Power Electronics and Drive Systems, PEDS'99, July 27–29, 1999. – Hong Kong, China, 1999. – Vol. 1. – P. 218–224. – doi: 10.1109/PEDS.1999.794563.

11. Song W., Feng X., Smedley K. A carrier-based PWM strategy with the offset voltage injection for single-phase three-level neutral-point-clamped converters // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2013. – Vol. 28, iss. 3. – P. 1083–1095. – doi: 10.1109/TPEL.2012.2210248.

12. A carrier based PWM technique for capacitor voltage balancing of single-phase three-level neutral-point-clamped converters / I.S. Freitas, M.M. Bandeira, F. Salvadori, S.A. Silva, L. Barros, C.B. Jacobina, E.C. Santos // Twenty-Ninth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC 2014), 16–20 March 2014. – Fort Worth, Texas, 2014. – P. 2762–2766. – doi: 10.1109/APEC.2014.6803695.

13. Celanovic N., Celanovic I., Boroyevich D. The feedforward method of controlling three-level diode clamped converters with small DC-link capacitors // IEEE 32nd Annual Power Electronics Specialists Conference PESC, 17–21 June 2001. – British Columbia, Canada, 2001. – Vol. 3. –

P. 1357–1362. – doi: 10.1109/PESC.2001.954309.

14. Брованов С.В., Харитонов С.А., Дыбко М.А. Повышение энергоэффективности многоуровневых полупроводниковых преобразователей с емкостным делителем напряжения // Технiчна електродинамiка. – 2011. – Тематичний випуск: Силова електроніка та енергоефективність, ч. 1. – С. 119–126.

15. 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 on Computational Technologies in Electrical and Electronics Engineering (SIBIRCON 2010), Irkutsk, Listvyanka, Russia, 11–15 July 2010. – Irkutsk, 2010. – P. 639–644. – doi: 10.1109/SIBIRCON.2010.5555145.