Atténuation des interférences électromagnétiques en mode commun pour les transformateurs à état solide
Cet article comble cette lacune en présentant une revue complète des MLC à lien continu courants, couvrant leur évolution topologique, leurs caractéristiques, la comparaison des topologies, les techniques de modulation, les stratégies de contrôle et les domaines d'application industrielle. De plus, des perspectives futures et des recommandations sont discutées pour fournir aux chercheurs et ingénieurs une meilleure compréhension des applications potentielles et des avantages de ces convertisseurs.
1.Introduction.
En considérant les principales étapes évolutives des MLC, les topologies existantes de MLC peuvent être classées en plusieurs familles, comme le montre la figure suivante. La première famille comprend les topologies basées sur CHB et a été. Ces convertisseurs se caractérisent par une modularité élevée et un nombre optimal de commutateurs de puissance pour les niveaux de sortie [31]. Cependant, plusieurs sources de courant continu isolées sont nécessaires, ce qui exige l'utilisation de transformateurs d'isolement encombrants ou limite leur utilisation à des applications disposant de plusieurs sources de courant continu isolées. En outre, le partage inégal de la puissance entre les cellules de puissance en cascade est l'un des défis courants dans cette famille. La deuxième famille comprend les topologies basées sur NPC telles que les convertisseurs 3L-NPC et 3L-T2C. Ces convertisseurs sont caractérisés par des circuits de puissance robustes et une protection simple. Cependant, l'équilibrage du lien continu est une exigence essentielle dans la conception du contrôle de ces topologies. Les topologies basées sur FC utilisent des condensateurs comme composants de clamping pour augmenter le nombre de niveaux, formant une famille de MLC caractérisée par une grande flexibilité, une haute redondance et une opération tolérante aux pannes. Les MLC hybrides sont formées par des cellules de base des topologies conventionnelles et, par conséquent, combinent plusieurs avantages des MLC classiques avec la capacité de produire un grand nombre de niveaux. Les topologies MMC constituent une famille de MLC représentant une percée pour les applications HT grâce à leur efficacité et modularité élevées.
2. Topologies de Lien Continu Courantes.
La structure active à trois niveaux NPC (ANPC) a été capable de résoudre le problème de partage des pertes de puissance grâce à l'utilisation de deux techniques de modulation différentes appelées modèles de modulation I et II. Dans lesquelles les deux diodes de clamping sont remplacées par deux commutateurs actifs pour contrôler le sens du courant dans les états zéro. Le modèle de modulation I fait en sorte que la plupart des pertes de commutation se produisent dans les commutateurs extérieurs de chaque jambe, tandis que le modèle II déplace les pertes de commutation vers les commutateurs intérieurs. La catégorie FC inclut les topologies qui utilisent des FC sans point neutre clamping et, par conséquent, n'entraînent pas le problème d'équilibrage du lien continu. Dans ces topologies, les FC sont utilisés pour remplacer les sources de courant continu tout en générant des niveaux de tension. En général, grâce à la modularité, cette famille a la capacité de générer des niveaux relativement plus élevés par rapport à la famille NPC. De plus, la flexibilité, l'opération tolérante aux pannes et le partage amélioré des pertes de puissance entre les commutateurs sont des caractéristiques marquantes de ces topologies. Les convertisseurs multinationaux hybrides (HMLC) combinent plusieurs topologies fondamentales pour tirer parti de leurs avantages respectifs, tout en surmontant certaines de leurs limites. Principalement, les topologies hybrides peuvent améliorer les capacités d'équilibrage de tension pour le lien continu et les FC, ainsi que la distribution des pertes de puissance entre les commutateurs, tout en réduisant le nombre de composants actifs et passifs requis par rapport aux topologies NPC et FC.
3. Modulation et Contrôle.
Une classification des principales techniques de contrôle pour les convertisseurs multiniveaux est montrée dans l'image ci-dessous. Comme pour le convertisseur à deux niveaux, la structure de contrôle en cascade comprend généralement des étages de contrôle interne et externe en plus du bloc de modulateur. Bien que les boucles interne et externe soient similaires dans les convertisseurs à deux niveaux et multiniveaux, l'étape de modulateur, principalement requise pour les techniques de contrôle scalaire et orienté champ (FOC), doit être adaptée au fur et à mesure que le nombre de niveaux augmente. Dans cette section, d'abord, une revue des modulateurs les plus populaires, ainsi que des modulateurs avancés, est présentée. De plus, les techniques de contrôle qui ne nécessitent pas un modulateur séparé seront examinées en détail.
4. Applications Industrielles.
Historiquement, les onduleurs CHB se caractérisent par leur modularité, leur tolérance aux pannes et leur capacité à générer un grand nombre de niveaux de tension en mettant en cascade des cellules. Cependant, la nécessité de multiples sources de courant continu isolées (rectifieurs + transformateurs du point de vue industriel) limite leur applicabilité pour une large gamme de puissances. En effet, les onduleurs CHB sont principalement utilisés dans les applications de haute puissance (allant de plusieurs centaines de kilowatts à des mégawatts) où il n'existe pas de composants disponibles pour de tels taux. D'autre part, les topologies de lien continu courantes se caractérisent par l'utilisation d'une seule source de courant continu, ce qui en fait une bonne alternative dans diverses applications telles que les systèmes industriels triphasés. En effet, ils peuvent être utilisés dans de nombreuses configurations telles que 3 branches 3 fils, 3 branches 4 fils et 4 branches 4 fils dans les entraînements de moteurs, les onduleurs PV, les chargeurs DC rapides, etc.
Source : IEEE Xplore
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