Este artigo aborda esta lacuna apresentando uma revisão abrangente das MLCs de ligação CC comum, cobrindo sua evolução topológica, características, comparação de topologias, técnicas de modulação, estratégias de controle e áreas de aplicação industrial. Além disso, são discutidas perspectivas futuras e recomendações para fornecer aos pesquisadores e engenheiros uma melhor compreensão das potenciais aplicações e vantagens desses conversores.
1.Introdución.
Considerando as principais etapas evolutivas das MLCs, as topologias existentes de MLCs podem ser categorizadas em algumas famílias, como mostrado na figura a seguir. A primeira família inclui topologias baseadas em CHB e tem sido caracterizada por alta modularidade e um número ótimo de interruptores de potência para níveis de saída [31]. No entanto, são necessárias múltiplas fontes de CC isoladas, o que exige o uso de transformadores de isolamento volumosos ou limita sua empregabilidade a aplicações que possuem várias fontes de CC isoladas. Além disso, a distribuição desigual de potência entre as células em cascata é um dos desafios comuns nesta família. A segunda família inclui topologias baseadas em NPC, como os conversores 3L-NPC e 3L-T2C. Esses conversores são caracterizados por circuitos de potência robustos e proteção direta. No entanto, o equilíbrio da ligação CC é um requisito essencial no projeto de controle dessas topologias. As topologias baseadas em FC utilizam capacitores como componentes de clamping para aumentar o número de níveis, formando uma família de MLCs caracterizada por alta flexibilidade, alta redundância e operação tolerante a falhas. As MLCs híbridas são formadas por células básicas das topologias convencionais e, portanto, combinam várias vantagens das MLCs clássicas com a capacidade de produzir um alto número de níveis. As topologias MMC constituem uma família de MLCs que representam um avanço para aplicações de HV devido à sua alta eficiência e alta modularidade.
2. Topoloxías Comúns de Ligazón CC.
A estrutura de três níveis do ANPC (NPC activo) conseguiu abordar o problema de compartilhamento de perdas de potência através do uso de duas diferentes técnicas de modulação chamadas padrões de modulação I e II. Nelas, os dois díodos de clamping são substituídos por dois interruptores ativos para controlar a direção do fluxo de corrente nos estados zero. O padrão de modulação I faz com que a maior parte das perdas de comutação ocorra nos interruptores externos de cada perna, enquanto o padrão II transfere as perdas de comutação para os interruptores internos. A categoria FC inclui as topologias que empregam FCs sem um ponto neutro clamped e, portanto, não traz o problema de equilíbrio da ligação CC. Nestas topologias, os FCs são usados para substituir as fontes de CC enquanto geram níveis de tensão. Em geral, graças à modularidade, esta família tem a capacidade de gerar níveis relativamente mais altos em comparação com a família NPC. Além disso, flexibilidade, operação tolerante a falhas e melhoria no compartilhamento de perdas entre os interruptores são características proeminentes destas topologias. Os conversores multinível híbridos (HMLCs) combinam múltiplas topologias fundamentais para aproveitar suas respectivas vantagens, superando algumas de suas limitações. Predominantemente, as topologias híbridas podem melhorar as capacidades de equilíbrio de tensão tanto para a ligação CC quanto para os FCs e a distribuição de perdas de potência entre os interruptores, reduzindo o número de componentes ativos e passivos necessários em comparação com as topologias NPC e FC.
3. Modulación e Control.
Uma classificação das principais técnicas de controle para conversores multinível é mostrada na imagem abaixo. Assim como no conversor de dois níveis, a estrutura de controle em cascata geralmente consiste em estágios de controle interno e externo, além do bloco de modulador. Embora os loops interno e externo sejam semelhantes nos conversores de dois níveis e multinível, o estágio de modulador, que é principalmente necessário para as técnicas de controle escalar e orientado ao campo (FOC), precisa ser adaptado conforme o número de níveis aumenta. Nesta seção, primeiro, é apresentada uma revisão dos moduladores mais populares, bem como avançados. Além disso, serão investigadas em detalhes as técnicas de controle que não requerem um modulador separado.
4. Aplicacións Industriais.
Históricamente, os inversores CHB são caracterizados por sua modularidade, tolerância a falhas e capacidade de gerar um alto número de níveis de tensão através de células em cascata. No entanto, a exigência de múltiplas fontes de CC isoladas (retificador + transformador do ponto de vista industrial) limita sua aplicabilidade para uma ampla gama de potências. De fato, os inversores CHB são principalmente empregados em aplicações de alta potência (variando de centenas de quilowatts a megawatts) onde não há componentes disponíveis para tais potências. Por outro lado, as topologias comuns de ligação CC são caracterizadas pelo uso de uma única fonte de CC, tornando-as uma boa alternativa em diversas aplicações, como sistemas industriais trifásicos. De fato, eles podem ser empregados em muitas configurações, como 3-Leg 3-Wire, 3-Leg 4-Wire e 4-Leg 4-Wire, em acionamentos de motores, inversores fotovoltaicos, carregadores DC rápidos, etc.
Fonte: IEEE Xplore
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