Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Управление параллельно включёнными модульными многоуровневыми преобразователями

А.Н. Новаковский

Аннотация


Модульный многоуровневый преобразователь (ММС[1]) представляет собой новую многоуровневую топологию преобразователя для применения при высоком напряжении и большой мощности. Предлагается метод управления параллельно включёнными модульными многоуровневыми преобразователями (параллельный-MMC), который предполагает, что несколько MMC непосредственно соединены между собой как со стороны переменного, так и со стороны постоянного тока для эффективного повышения номинальной мощности. Две ключевые проблемы для таких ММС впервые были решены применительно к нормальным условиям работы: первая - это балансировка напряжений субмодулей, и вторая - ослабление циркулирующих токов за счёт использования в системе управления нового цифрового резонансного фильтра третьего порядка для подавления доминирующих второй и четвертой гармоник циркулирующих токов, а также цифрового резонансного фильтра шестого порядка для ослабления шестой гармоники циркулирующего тока нулевой последовательности, существующего во всех фазных токах ММС. Учитывая высокий риск возникновения отказов силовых полупроводниковых приборов, предложены отказоустойчивые схемы работы параллельных ММС при отказах, связанных с неисправностью транзисторного ключа в одном из субмодулей в виде разрыва или короткого замыкания ключа соответственно. Тщательно контролируя исправность субмодулей и соответствующих плеч фазовых ветвей, параллельные ММС могут при возникновении отказа успешно поддерживать баланс напряжений всех своих конденсаторов и ослаблять циркулирующие токи для формирования выходного сигнала заданной формы. Кроме того, параллельная конфигурация ММС обеспечивает уникальное решение для работы при отказе транзисторного ключа со сквозным пробоем и образованием короткого замыкания, которое редко обсуждалось в публикациях в отношении отказоустойчивых схем работы ММС. Моделирование в среде MATLAB и построенный экспериментальный прототип подтвердили эффективность предложенной стратегии управления.

Полный текст:

PDF

Литература


Marquardt R., Lesnicar А. A new modular voltage source inverter topology // In Proc. Eur. Power Electron. Conf., 2003, pp. 2-4.

Lesnicar A., Marquardt R. An innovative modular multilevel converter topology suitable for a wide power range // In Proc. IEEE Power Tech. Conf., 2003, vol. 3, pp. 1-6.

Marquardt R. Modular multilevel converter: An universal concept for HVDC-networks and extended DC-bus-applications // In Proc. Int. Power Electron. Conf., 2010, pp. 502-507.

Solas E. Modulation of modular multilevel converter for HVDC application / E. Solas, G. Abad, J. A. Barrena, et al. // In Proc. 14th Int. Power Electron. Motion Control Conf., 2010, pp. T2-84-T2-89.

Bergna G. An energy-based controller for HVDC modular multilevel converter in decoupled double synchronous reference frame for voltage oscillations reduction // G. Bergna, E. Berne, P. Egrot, et al. // IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 60, no. 6, pp. 2360-2371, Jun. 2013.

Rodriguez J. Multilevel voltage-source-converter topologies for industrial medium-voltage drives // J. Rodriguez, S. Bernet, B. Wu, et al. IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 6, pp. 2930-2945, Dec. 2007.

Akagi H., Inoue S., Yoshii T. Control and performance of a transformer less cascade PWM STATCOM with star configuration // IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 43, no. 4, pp. 1041-1049, Jul./Aug. 2007.

Wang X. S., Zhao Z. M., Yuan L. Q. Current sharing of IGBT modules in parallel with thermal imbalance // In Proc. IEEE Energy Convers. Congr. Expo., 2010, pp. 2101-2108.

Ye Z. Control of circulating current in two parallel three-phase boost rectifiers // Z. Ye, D. Boroyevich, J. Y. Choi, F. C. Lee // IEEE Trans. Power Electron., vol. 17, no. 5, pp. 609-615, Sep. 2002.

Mazumder S. K. A novel discrete control strategy for independent stabilization of parallel three-phase boost converters by combining spacevector modulation with variable-structure control // IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, no. 4, pp. 1070-1083, Jul. 2003.

Pan G.-T., Liao Y.-H. Modeling and coordinate control of circulating currents in parallel three-phase boost rectifiers // IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 2, pp. 825-838, Apr. 2007.

Pan C. T., Liao Y. H. Modeling and coordinate control of circulating currents in parallel three-phase boost rectifiers // IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 2, pp. 825-838, Apr. 2007.

Pan C. T., Liao Y. H. Modeling and control of circulating currents for parallel three-phase boost rectifiers with different load sharing // IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 7, pp. 2776-2785, Jul. 2008.

Sun X., Lee Y., Xu D. Modeling, analysis, and implementation of parallel multi-inverter systems with instantaneous average current sharing scheme // IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, no. 3, pp. 844-856, May 2003.

Chen T. Zero-sequence circulating current reduction method for parallel HEPWM inverters between ac bus and dc bus // IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 59, no. 1, pp. 290-300, Jan. 2012.

Tu Q., Xu Z., Xu L. Reduced switching-frequency modulation and circulating current suppression for modular multilevel converters // IEEE Trans. Power Del., vol. 26, no. 3, pp. 2009-2017, 2011.

Ilves K. Circulating current control in modular multilevel converters with fundamental switching frequency / K. Ilves, A. Antonopoulos, L. Har Nefors, et al. // In Proc. IEEE Power Electron. Motion Control Conf., 2012, pp. 249-256.

Xu S., Huang A. Circulating current control of double-star chopper-cell modular multilevel converter for HVDC system // In Proc. IEEE Ind. Electron. Soc., 2012, pp. 1234-1239.

Picas R. 1. Pou, S. Ceballos, V. G. Agelidis, and M. Saeedifard, "Minimization of the capacitor voltage fluctuations of a modular multilevel converter by circulating current control / R. Picas, I. Pou, S. Ceballos, et al. // In Proc. IEEE Ind. Electron. Soc., Oct. 2012, pp. 4985-4991.

Li Z. An inner current suppressing method for Modular multilevel converter / Z. Li, P. Wang, Z. Chu, et al. // IEEE Trans. Power Electron., vol. 28, no. 11, pp. 4873-4879, Nov. 2013.

She X. AC circulating currents suppression in modular multilevel converter / X. She, A. Huang, X. Ni, R. Burgos // In Proc. IEEE Ind. Electron. Soc., Oct. 2012, pp. 190-194.

Zhang M. Circulating harmonic current elimination of a CPS-PWM-based modular multilevel converter with plugin repetitive controller / M. Zhang, L. Huang, W. Yao, Z. Lu // IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 4, pp. 2083-2097, Apr. 2007.

Ma M. Reconfiguration of carrier-based modulation strategy for fault tolerant multilevel inverters / M. Ma, L. Hu, A. Chen, and X. He // IEEE Trans. Power Electron., vol. 22, no. 5, pp. 2050-2060, Sep. 2007.

Wei S. Control method for cascaded H-bridge multilevel inverter with faulty power cells / S.Wei, B.Wu, F. Li, and X. Sun // In Proc. IEEE Appl. Power Electron. Conf., 2003, pp. 261-267.

Correa P., Pacas M., Rodriguez J. Modulation strategies for faulttolerant operation of H-bridge multilevel inverters // In Proc. IEEE Int. Symp. Ind. Electron., 2006, pp. 1589-1594.

Barriuso P. Fault-tolerant reconfiguration system for asymmetric multilevel converters using bidirectional power switches / P. Barriuso, J. Dixon, P. Flores, L. Moran // IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 4, pp. 1300-1306, Apr. 2009.

Xiao B. L., Mei J., Tolbert L. M. A modulation reconfiguration based fault-tolerant control scheme for modular multilevel converters // In Proc. IEEE Appl. Power Electron. Conf., 2013, pp. 3251-3255.

Akagi H. Classification, terminology, and application of the modular multilevel cascade converter (MMCC) // IEEE Trans. Power Electron., vol. 26, no. 11, pp. 3119-3130, Nov. 2011.

Hagiwara M., Akagi H. Control and experiment of pulsewidth-modulated modular multilevel converters // IEEE Trans. Power Electron., vol. 24, no. 7, pp. 1737-1746, Jul. 2009.

Antonopoulos A., Angquist L., Nee H.-P. On dynamics and voltage control of the modular multilevel converter // In Proc. 13th Eur. Conf. Power Electron. Appl., 2009, pp. 1-10.

Solas E. Modelling, simulation and control of modular multilevel converter / E. Solas, G. Abad, J. A. Barrena, et al. // In Proc. 14th Int. Power Electron. Motion Control Conf., 2010, pp. 290-296.

Ilves K. Steady-state analysis of interaction between harmonic components of arm and line quantities of modular multilevel converters / K. Ilves, A. Antonopoulos, S. Norrga, H. P. Lee // IEEE Trans. Power Electron., vol. 27, no. 1, pp. 57-68, Jan. 2012.

Tang Y. Generalized design of high-performance shunt active power filter with output LCL filter / Y. Tang, P. C. Loh, P. Wang, et al. // IEEE Trans. Ind. Electron, vol. 59, no. 3, pp. 1443-1452, Mar. 2012.

Mendes A. M. S., Cardoso, Saraiva E. S. Voltage source inverter fault diagnosis in variable speed AC drives, by Park's vector approach // In Proc. 7th Int. Conf. Power Electron. Variable Speed Drives, 1998, pp. 538-543.

Peuget R., Courtine S., Rognon J. P. Fault detection and isolation on a PWM inverter by knowledge-based model // IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 34, no. 6, pp. 1318-1326, Nov./Dec. 1998.

An Q.-T. Switching function model based fast-diagnostic method of open-switch faults in inverters without sensors // Q.-T. An, L.-Z. Sun, K. Zhao, and L. Sun // IEEE Trans. Power Electron., vol. 26, no. 1, pp. 119-126, Jan. 2011.

Estima J. O., Cardoso A. J. M. Single power switch open-circuit fault diagnosis in voltage-fed PWM motor drives by the reference current errors // In Proc. IEEE 8th Symp. Diagnostics Elect. Mach., Power Electron. Drives, 2011, pp. 1-8.

Lezana P. Survey on fault operation on multilevel inverters / P. Lezana, J. Pou, T. A. Meynard, et al. // IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 7, pp. 2207-2218, Jul. 2010.

Richardeau F., Baudesson P., Meynard T. A. Failures-tolerance and remedial strategies of a PWM multicell inverter // IEEE Trans. Power Electron., vol. 17, no. 6, pp. 905-912, Nov. 2002.

Lezana P., Aguilera R., Rodrґıguez J. Fault detection on multicell converter based on output voltage frequency analysis // IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 6, pp. 2275-2283, Jun. 2009.

Khomfoi S., Tolbert L. M. Fault diagnosis and reconfiguration for multilevel inverter drive using AI-based techniques // IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 54, no. 6, pp. 2954-2968, Dec. 2007.

Son H.-I. Fault diagnosis and neutral point voltage control when the 3-level inverter faults occur / H.-I. Son, T.-J. Kim, D.-W. Kang, D.-S. Hyun // In Proc. IEEE 35th Annu. Power Electron. Spec. Conf., Jun. 2004, vol. 6, pp. 4558-4563.

Da Silva E. R. Detection and compensation of switch faults in a three level inverter // E. R. Da Silva, W. S. Lima, A. S. De Oliveira, et al. // In Proc. IEEE 37th Annu. Power Electron. Spec. Conf., Jun. 2006, pp. 1-7.

Brando G. Quick identification technique of fault conditions in cascaded H-bridge multilevel converters / G. Brando, A. Dannier, A. Del Pizzo, R. Rizzo // In Proc. Aegean Conf. Elect. Mach. Power Electron., Sep. 2007, pp. 491-497.

Ribeiro R. L. A. Fault detection of open-switch damage in voltage-fed PWM motor drive systems / R. L. A. Ribeiro, C. B. Jacobina, E. R. C. Silva, A. M. N. Lima // IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, no. 2, pp. 587-593, Mar. 2003.

Ning J., He Y. Phase-shifted suboptimal pulse-width modulation strategy for multilevel inverter // In Proc. IEEE Conf. Ind. Electron. Appl., May 2006, pp. 1-5.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© 1998 — 2024 НТФ «Энергопрогресс»

Адрес редакции:
129090, г. Москва, ул. Щепкина, д. 8
Телефон: +7 495 234-74-21
E-mail: energetik@energy-journals.ru